Электронная бумага , также известная как электронные чернила ( e-ink ) или интеллектуальная бумага , представляет собой устройство отображения , имитирующее внешний вид обычных чернил на бумаге . [1] В отличие от обычных плоских дисплеев , излучающих свет, электронный бумажный дисплей отражает окружающий свет, как бумага. Это может сделать их более удобными для чтения и обеспечить более широкий угол обзора, чем у большинства светоизлучающих дисплеев. Коэффициент контрастности электронных дисплеев, доступных по состоянию на 2008 год, приближается к газетному, а недавно разработанные дисплеи немного лучше. [2] Идеальный дисплей на электронной бумаге позволяет читать под прямыми солнечными лучами, при этом изображение не выцветает.
Технологии включают Gyricon, электрофоретику, электросмачивание, интерферометрию и плазмонику. Многие технологии электронной бумаги сохраняют статический текст и изображения в течение неопределенного времени без электричества. В гибкой электронной бумаге используются пластиковые подложки и пластиковая электроника для задней панели дисплея. Электронная бумага включает в себя электронные ценники на полках и цифровые вывески , [3] расписания автобусных станций, электронные рекламные щиты, [4] дисплеи смартфонов и электронные книги , способные отображать цифровые версии книг и журналов.
Электронная бумага была впервые разработана в 1970-х годах Ником Шеридоном в исследовательском центре Xerox в Пало-Альто . [5] Первая электронная бумага, названная Gyricon , состояла из полиэтиленовых сфер диаметром от 75 до 106 микрометров. Каждая сфера представляет собой частицу Януса , состоящую из отрицательно заряженного черного пластика с одной стороны и положительно заряженного белого пластика с другой (таким образом, каждая бусина представляет собой диполь ). [6] Сферы заключены в прозрачный силиконовый лист, причем каждая сфера подвешена в пузыре масла и может свободно вращаться. Полярность напряжения, приложенного к каждой паре электродов, определяет, обращена ли белая или черная сторона вверх, что придает пикселю белый или черный вид. [7] На выставке FPD 2008 японская компания Soken продемонстрировала стену с электронными обоями, выполненными по этой технологии. [8] В 2007 году эстонская компания Visitret Displays разрабатывала этот вид дисплея, используя поливинилиденфторид (ПВДФ) в качестве материала для сфер, что значительно улучшило скорость видео и снизило необходимое управляющее напряжение. [9]
Электрофоретический дисплей ( EPD ) формирует изображения путем перестановки заряженных частиц пигмента с помощью приложенного электрического поля . В простейшей реализации EPD частицы диоксида титана (диоксида титана) диаметром примерно один микрометр диспергированы в углеводородном масле. В масло также добавляется краситель темного цвета, а также поверхностно-активные вещества и заряжающие агенты, которые заставляют частицы приобретать электрический заряд. Эту смесь помещают между двумя параллельными проводящими пластинами, разделенными зазором от 10 до 100 микрометров . Когда напряжение прикладывается к двум пластинам, частицы электрофоретически мигрируют к пластине, которая несет заряд, противоположный заряду частиц. Когда частицы расположены на передней (смотрящей) стороне дисплея, они кажутся белыми, потому что свет рассеивается обратно к зрителю частицами титана с высоким индексом [ необходимо уточнение ] . Когда частицы расположены на задней стороне дисплея, он кажется темным, поскольку свет поглощается цветным красителем. Если задний электрод разделить на ряд небольших элементов изображения ( пикселей ), то изображение можно сформировать, подав соответствующее напряжение на каждую область дисплея, чтобы создать узор из отражающих и поглощающих областей.
EPD обычно решаются с использованием технологии тонкопленочных транзисторов (TFT) на основе MOSFET . TFT часто используются для формирования изображения высокой плотности в EPD. [10] Распространенным применением EPD на основе TFT являются электронные книги. [11] Электрофоретические проявления считаются [ кем? ] являются яркими примерами категории электронной бумаги из-за их внешнего вида, напоминающего бумагу, и низкого энергопотребления. [ нужна ссылка ] Примеры коммерческих электрофоретических дисплеев включают дисплеи с активной матрицей высокого разрешения , используемые в электронных книгах Amazon Kindle , Barnes & Noble Nook , Sony Reader , Kobo eReader и iRex iLiad . Эти дисплеи изготовлены из электрофоретической пленки, производящей изображение E Ink Corporation . Мобильный телефон, в котором использовалась эта технология, — Motorola Fone . [12]
Технология электрофоретического дисплея также была разработана компаниями SiPix и Bridgestone /Delta. SiPix теперь является частью корпорации E Ink. В конструкции SiPix используется гибкая архитектура Microcup диаметром 0,15 мм вместо микрокапсул E Ink диаметром 0,04 мм. [13] [14] Подразделение передовых материалов Bridgestone Corp. в сотрудничестве с Delta Optoelectronics Inc. разработало технологию быстрого реагирования на жидко-порошковые дисплеи. [15] [16]
Электрофоретические дисплеи могут быть изготовлены с использованием процесса Electronics on Plastic by Laser Release (EPLaR) , разработанного Philips Research , чтобы позволить существующим заводам по производству AM-LCD создавать гибкие пластиковые дисплеи. [17]
В 1990-х годах группа студентов Массачусетского технологического института [18] разработала и прототипировала другой тип электронных чернил, основанный на микрокапсулированном электрофоретическом дисплее , как описано в их статье в журнале Nature. [19] Дж. Д. Альберт, Барретт Комиски , Джозеф Джейкобсон, Джереми Рубин и Расс Уилкокс в 1997 году основали E Ink Corporation для коммерциализации этой технологии. Два года спустя E Ink заключила партнерство с Philips Components для разработки и продвижения этой технологии. В 2005 году Philips продала бизнес по производству электронной бумаги, а также связанные с ним патенты компании Prime View International .
«В течение многих лет исследователи в области средств отображения стремились создать гибкую недорогую систему, которая была бы электронным аналогом бумаги. В этом контексте дисплеи на основе микрочастиц давно заинтриговали исследователей. В таких дисплеях достигается переключаемый контраст. за счет электромиграции сильно рассеивающих или поглощающих микрочастиц (в диапазоне размеров 0,1–5 мкм), что совершенно отличается от свойств молекулярного масштаба, которые определяют поведение более привычных жидкокристаллических дисплеев. Дисплеи на основе микрочастиц обладают внутренней бистабильностью. , демонстрируют чрезвычайно низкую адресацию поля постоянного тока и демонстрируют высокую контрастность и отражательную способность. Эти особенности в сочетании с характеристикой просмотра, близкой к ламбертовой , приводят к виду «чернила на бумаге». Но такие дисплеи до сих пор страдают от короткого срока службы и сложности В производстве сообщается о синтезе электрофоретических чернил на основе микрокапсулирования электрофоретической дисперсии.Использование микрокапсулированной электрофоретической среды решает вопросы срока службы и позволяет изготавливать бистабильный электронный дисплей исключительно посредством печати. Эта система может удовлетворить практические требования электронной бумаги» [20] .
Для этого использовались крошечные микрокапсулы, наполненные электрически заряженными белыми частицами , взвешенными в цветном масле . [19] В ранних версиях базовая схема контролировала, находятся ли белые частицы в верхней части капсулы (чтобы зритель выглядел белым) или в нижней части капсулы (чтобы зритель видел цвет масла). По сути, это было повторное внедрение хорошо известной технологии электрофоретического дисплея, но микрокапсулы означали, что дисплей можно было изготавливать на гибких пластиковых листах вместо стекла. Одна из ранних версий электронной бумаги состоит из листа очень маленьких прозрачных капсул, каждая около 40 микрометров в поперечнике. Каждая капсула содержит маслянистый раствор, содержащий черный краситель (электронные чернила), с многочисленными взвешенными внутри белыми частицами диоксида титана . Частицы слегка отрицательно заряжены , и каждая из них естественно белая. [7] Экран удерживает микрокапсулы в слое жидкого полимера , зажатого между двумя рядами электродов, верхний из которых прозрачен. Два массива выровнены, чтобы разделить лист на пиксели, и каждый пиксель соответствует паре электродов, расположенных по обе стороны листа. Лист ламинирован прозрачным пластиком для защиты, в результате чего общая толщина составляет 80 микрометров, что в два раза больше, чем у обычной бумаги. Сеть электродов подключается к схеме дисплея, которая включает и выключает электронные чернила в определенных пикселях, подавая напряжение на определенные пары электродов. Отрицательный заряд поверхностного электрода отталкивает частицы ко дну локальных капсул, выталкивая черный краситель на поверхность и делая пиксель черным. Изменение напряжения имеет противоположный эффект. Он выталкивает частицы на поверхность, делая пиксель белым. Более поздняя реализация этой концепции требует только одного слоя электродов под микрокапсулами. [21] [22] В коммерческих целях они называются электрофоретическими дисплеями с активной матрицей (AMEPD).
Дисплей электросмачивания ( EWD ) основан на управлении формой ограниченной границы раздела вода/масло с помощью приложенного напряжения. При отсутствии напряжения (цветное) масло образует плоскую пленку между водой и гидрофобным (водоотталкивающим) изолирующим покрытием электрода, в результате чего пиксель становится цветным. Когда между электродом и водой подается напряжение, межфазное натяжение между водой и покрытием изменяется. В результате сложенное состояние перестает быть стабильным, и вода оттесняет нефть в сторону. Это создает частично прозрачный пиксель или, если под переключаемым элементом находится отражающая белая поверхность, белый пиксель. Из-за небольшого размера пикселя пользователь видит только среднее отражение, что обеспечивает переключаемый элемент с высокой яркостью и высокой контрастностью.
Дисплеи на основе электросмачивания обладают рядом привлекательных особенностей. Переключение между белым и цветным отражением происходит достаточно быстро для отображения видеоконтента. [23] Это технология с низким энергопотреблением и низким напряжением, и дисплеи, основанные на этом эффекте, можно сделать плоскими и тонкими. Отражательная способность и контрастность лучше или равны другим типам отражающих дисплеев и приближаются к визуальным качествам бумаги. Кроме того, эта технология открывает уникальный путь к созданию полноцветных дисплеев высокой яркости, что приводит к созданию дисплеев, которые в четыре раза ярче, чем отражающие ЖК-дисплеи, и в два раза ярче, чем другие новые технологии. [24] Вместо использования фильтров красного, зеленого и синего (RGB) или чередующихся сегментов трех основных цветов, что фактически приводит к тому, что только одна треть дисплея отражает свет желаемого цвета, электросмачивание позволяет создать систему, в которой один субпиксель может независимо переключать два разных цвета.
В результате две трети площади дисплея могут отражать свет любого желаемого цвета. Это достигается за счет создания пикселя из двух независимо управляемых цветных масляных пленок и цветного фильтра.
Цвета — голубой, пурпурный и желтый — субтрактивная система, аналогичная принципу, используемому в струйной печати. По сравнению с ЖК-дисплеем яркость увеличивается, поскольку поляризаторы не требуются. [25]
Электрофлюидный дисплей — это разновидность электросмачивающего дисплея, в котором водная дисперсия пигмента помещается в крошечный резервуар. Резервуар занимает менее 5-10% видимой площади пикселя, и поэтому пигмент практически скрыт от глаз. [26] Напряжение используется для электромеханического вытягивания пигмента из резервуара и распределения его в виде пленки непосредственно за подложкой для просмотра. В результате дисплей приобретает цвет и яркость, аналогичные цветам и яркости обычных пигментов, печатаемых на бумаге. Когда напряжение снимается, поверхностное натяжение жидкости заставляет дисперсию пигмента быстро возвращаться в резервуар. Эта технология потенциально может обеспечить коэффициент отражения электронной бумаги в белом состоянии более 85%. [27]
Основная технология была изобретена в Лаборатории новых устройств Университета Цинциннати , и существуют рабочие прототипы, разработанные в сотрудничестве с Sun Chemical , Polymer Vision и Gamma Dynamics. [28] [29]
Он имеет большой запас по таким важным аспектам, как яркость , насыщенность цвета и время отклика . Поскольку оптически активный слой может иметь толщину менее 15 микрометров, существует большой потенциал для сворачиваемых дисплеев .
Технология, используемая в электронных визуальных дисплеях , которые могут создавать различные цвета за счет интерференции отраженного света. Цвет выбирается с помощью электрически переключаемого модулятора света , содержащего микроскопическую полость , которая включается и выключается с помощью интегральных схем драйвера , аналогичных тем, которые используются для управления жидкокристаллическими дисплеями (ЖКД).
Плазмонные наноструктуры с проводящими полимерами также предлагались в качестве одного из видов электронной бумаги. [30] Материал состоит из двух частей. Первая часть представляет собой высокоотражающую метаповерхность, состоящую из пленок металл-изолятор-металл толщиной в десятки нанометров, включая наноразмерные отверстия. Метаповерхности могут отражать разные цвета в зависимости от толщины изолятора. Стандартную цветовую схему RGB можно использовать в качестве пикселей для полноцветных дисплеев. Вторая часть представляет собой полимер с оптическим поглощением, контролируемым электрохимическим потенциалом. После выращивания полимера на плазмонных метаповерхностях отражение метаповерхностей можно модулировать приложенным напряжением. Эта технология обеспечивает широкий диапазон цветов, высокое независимое от поляризации отражение (>50 %), сильный контраст (>30 %), быстрое время отклика (сотни мс) и долговременную стабильность. Кроме того, он имеет сверхнизкое энергопотребление (<0,5 мВт/см2) и возможность высокого разрешения (>10000 точек на дюйм). Поскольку ультратонкие метаповерхности гибкие, а полимер мягкий, всю систему можно согнуть. Желаемые будущие улучшения этой технологии включают бистабильность, более дешевые материалы и реализацию с использованием матриц TFT.
Другие исследования электронной бумаги включали использование органических транзисторов , встроенных в гибкие подложки , [31] [32] , включая попытки встроить их в обычную бумагу. [33] Простая цветная электронная бумага [34] состоит из тонкого цветного оптического фильтра, добавленного к монохромной технологии, описанной выше. Массив пикселей разделен на триады , обычно состоящие из стандартных голубого, пурпурного и желтого, так же, как в ЭЛТ-мониторах (хотя с использованием субтрактивных основных цветов, а не аддитивных основных цветов). Управление дисплеем осуществляется так же, как и любым другим электронным цветным дисплеем.
Корпорация E Ink , входящая в состав E Ink Holdings Inc., выпустила первые цветные дисплеи E Ink , которые будут использоваться в продаваемом продукте. Ectaco jetBook Color был выпущен в 2012 году как первое устройство с цветными электронными чернилами, в котором использовалась технология отображения Triton от E Ink. [35] [36] В начале 2015 года E Ink также анонсировала еще одну технологию цветных электронных чернил под названием Prism. [37] Эта новая технология представляет собой пленку, меняющую цвет, которую можно использовать для электронных книг, но Prism также позиционируется как пленка, которую можно мгновенно интегрировать в архитектурный дизайн, например, «стену, потолочную панель или всю комнату». [38] Недостатком нынешних цветных дисплеев является то, что они значительно дороже стандартных дисплеев E Ink. JetBook Color стоит примерно в девять раз дороже, чем другие популярные устройства для чтения электронных книг, такие как Amazon Kindle. [35] [36] По состоянию на январь 2015 года не было объявлено, что Prism будет использоваться в планах для каких-либо устройств для чтения электронных книг. [37]
Несколько компаний одновременно разрабатывают электронную бумагу и чернила. Хотя технологии, используемые каждой компанией, обладают многими одинаковыми функциями, каждая из них имеет свои собственные технологические преимущества. Все технологии электронной бумаги сталкиваются со следующими общими проблемами:
Электронные чернила можно наносить на гибкие или жесткие материалы. Для гибких дисплеев основа требует тонкого, гибкого материала, достаточно прочного, чтобы выдерживать значительный износ, например чрезвычайно тонкого пластика. Метод инкапсуляции чернил и их последующего нанесения на подложку — вот что отличает каждую компанию от других. Эти процессы сложны и тщательно охраняются отраслевыми секретами. Тем не менее, изготовление электронной бумаги менее сложно и затратно, чем производство ЖК-дисплеев.
Существует множество подходов к электронной бумаге, и многие компании разрабатывают технологии в этой области. Другие технологии, применяемые к электронной бумаге, включают модификации жидкокристаллических дисплеев , электрохромные дисплеи и электронный эквивалент Etch A Sketch в Университете Кюсю. Преимущества электронной бумаги включают низкое энергопотребление (энергия потребляется только при обновлении дисплея), гибкость и лучшую читаемость, чем у большинства дисплеев. Электронными чернилами можно печатать на любой поверхности, включая стены, рекламные щиты, этикетки продуктов и футболки. Гибкость чернил также позволит разработать сворачиваемые дисплеи для электронных устройств.
В декабре 2005 года Seiko выпустила первые часы с электронными чернилами под названием Spectrum SVRD001, которые имеют гибкий электрофоретический дисплей [39] , а в марте 2010 года Seiko выпустила второе поколение этих знаменитых часов с электронными чернилами и дисплеем с активной матрицей. [40] В умных часах Pebble (2013 г.) в качестве дисплея электронной бумаги используется ЖК-дисплей с памятью малой мощности производства Sharp . [41]
В 2019 году Fossil выпустила гибридные умные часы под названием Hybrid HR, в которых постоянно включенный электронный чернильный дисплей с физическими стрелками и циферблатом имитирует внешний вид традиционных аналоговых часов. [42]
В 2004 году Sony выпустила в Японии Librié , первую программу для чтения электронных книг с дисплеем E Ink на электронной бумаге . [43] В сентябре 2006 года Sony выпустила в США устройство для чтения электронных книг PRS-500 Sony Reader . 2 октября 2007 года Sony анонсировала PRS-505, обновленную версию Reader. В ноябре 2008 года Sony выпустила PRS-700BC с подсветкой и сенсорным экраном.
В конце 2007 года Amazon начала производство и продажу Amazon Kindle , устройства для чтения электронных книг с дисплеем для электронной бумаги. В феврале 2009 года Amazon выпустила Kindle 2 , а в мае 2009 года был анонсирован более крупный Kindle DX . В июле 2010 года был анонсирован Kindle третьего поколения с заметными изменениями в дизайне. [44] Четвертое поколение Kindle, получившее название Touch, было анонсировано в сентябре 2011 года. Это был первый отказ Kindle от клавиатуры и кнопок перелистывания страниц в пользу сенсорных экранов. В сентябре 2012 года Amazon анонсировала пятое поколение Kindle под названием Paperwhite, которое оснащено светодиодной передней подсветкой и дисплеем с более высокой контрастностью. [45]
В ноябре 2009 года Barnes and Noble выпустила Barnes & Noble Nook под управлением операционной системы Android . [46] Он отличается от других электронных книг наличием сменной батареи и отдельным цветным сенсорным ЖК-дисплеем под основным экраном для чтения электронных бумаг.
В 2017 году Sony и reMarkable предложили электронные книги, предназначенные для письма умным стилусом . [47]
В 2020 году Onyx выпустила первый 13,3-дюймовый электронный бумажный планшет Android с фронтальной подсветкой — Boox Max Lumi. В конце того же года Bigme выпустила первый 10,3-дюймовый цветной планшет на базе Android на электронной бумаге — Bigme B1 Pro. Это также был первый большой электронный бумажный планшет с поддержкой сотовой связи 4G.
В феврале 2006 года фламандская ежедневная газета De Tijd распространила электронную версию газеты среди избранных подписчиков в рамках ограниченного маркетингового исследования с использованием предварительной версии iRex iLiad . Это было первое зарегистрированное применение электронных чернил при публикации газет.
Французская ежедневная газета Les Échos объявила об официальном запуске электронной версии газеты по подписке в сентябре 2007 года . Было доступно два предложения: годовая подписка и устройство для чтения. В предложение входило либо легкое (176 г) устройство для чтения (адаптированное для Les Echos от Ganaxa), либо iRex iLiad . Для предоставления читаемой ежедневной информации использовались две разные платформы обработки: одна была основана на недавно разработанной платформе электронных чернил GPP от Ganaxa , а другая была разработана внутри компании Les Echos.
Карты с гибким отображением позволяют владельцам финансовых платежных карт генерировать одноразовый пароль , чтобы уменьшить количество случаев мошенничества при онлайн-банкинге и транзакциях. Электронная бумага предлагает плоскую и тонкую альтернативу существующим брелокам для обеспечения безопасности данных. Первая в мире смарт-карта со встроенным дисплеем, соответствующая стандарту ISO, была разработана компаниями Innovative Card Technologies и nCryptone в 2005 году. Карты были произведены компанией Nagra ID.
Некоторые устройства, например USB-накопители , используют электронную бумагу для отображения информации о состоянии, например доступного места для хранения. [48] После того, как изображение на электронной бумаге установлено, для его поддержания не требуется питание, поэтому показания можно увидеть, даже если флэш-накопитель не подключен.
В недорогом мобильном телефоне Motorola F3 используется буквенно-цифровой черно-белый электрофоретический дисплей.
В мобильном телефоне Samsung Alias 2 в клавиатуру встроены электронные чернила E Ink, что позволяет клавиатуре менять наборы символов и ориентацию в различных режимах отображения.
12 декабря 2012 года Yota Devices анонсировала первый прототип YotaPhone, который позже был выпущен в декабре 2013 года — уникальный смартфон с двойным дисплеем. Он оснащен 4,3-дюймовым ЖК-дисплеем высокой четкости на передней панели и дисплеем с электронными чернилами на задней панели.
В мае и июне 2020 года Hisense выпустила Hisense A5c и A5 pro cc, первые смартфоны с цветными электронными чернилами. С одноцветным дисплеем и переключаемой передней подсветкой под управлением Android 9 и Android 10.
Электронные ценники на электронной бумаге (ESL) используются для цифрового отображения цен на товары в розничных магазинах. Электронно-бумажные этикетки обновляются с помощью двусторонней инфракрасной или радиотехнологии и питаются от перезаряжаемой батарейки-таблетки. В некоторых вариантах используется ZBD (зенитный бистабильный дисплей), который больше похож на ЖК-дисплей, но не требует питания для сохранения изображения.[49]
Электронные дисплеи на автобусных или трамвайных остановках можно обновлять удаленно. По сравнению со светодиодными или жидкокристаллическими дисплеями (ЖК-дисплеями) они потребляют меньше энергии, а текст или графика остаются видимыми даже при отключении питания. По сравнению с ЖК-дисплеями его хорошо видно при ярком солнечном свете.
Благодаря своим энергосберегающим свойствам электронная бумага оказалась технологией, подходящей для применения в сфере цифровых вывесок.
Электронная бумага используется в компьютерных мониторах , таких как Dasung Paperlike 3 HD с диагональю 13,3 дюйма и Paperlike 253 с диагональю 25,3 дюйма. [50]
Некоторые ноутбуки, такие как Lenovo ThinkBook Plus, используют электронную бумагу в качестве дополнительного экрана. [51]
Обычно электронные метки на электронной бумаге объединяют технологию электронных чернил с беспроводными интерфейсами, такими как NFC или UHF . Чаще всего они используются в качестве удостоверений личности сотрудников или в качестве производственных этикеток для отслеживания изменений и статуса производства. Электронные бумажные бирки также все чаще используются в качестве транспортных этикеток, особенно в случае многоразовых коробок. Интересная особенность, предоставляемая некоторыми производителями электронных бумажных меток, — это безбатарейный дизайн. Это означает, что питание, необходимое для обновления содержимого дисплея, подается по беспроводной сети, а сам модуль не содержит батареи.
Другие предлагаемые приложения включают одежду, цифровые фоторамки, информационные доски и клавиатуры. Клавиатуры с динамически изменяемыми клавишами полезны для менее представленных языков, нестандартных раскладок клавиатуры, таких как Дворжак , или для специальных неалфавитных приложений, таких как редактирование видео или игры. ReMarkable — это планшет для чтения и заметок.
{{cite web}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )