Дата:   23.11.2017 г.
Время:
 
 
Профессионалам и любителям
ПРОСТО * ДОСТУПНО * ИНТЕРЕСНО
01796
Подписной
индекс
Опрос
Используете мобильный доступ в Интернет?
Погода
 
Архив - Электронные чернила на любой вкус - Журнал «Компьютер»
Электронные чернила на любой вкус
№ 5-6'2012     Андрей Ткачев     Тема: Познавательно     ( Прочитано 6213 раз )
 
В мире производится свыше 300 млн. тонн бумаги и картона в год, что составляет около 50 кг на каждого жителя Земли. Самый крупный потребитель бумаги – полиграфия. Из всего производимого объема бумаги и картона около 30% составляет бумага для печати, письма, рисовальная. На производство 1 тонны бумаги требуется 2 тонны древесины! Электронные книги с бумагоподобными дисплеями позволят сохранить леса для наших потомков.
 
Электронные книги на электрофоретических дисплеях E-Ink
 
Сбылись мечты библиофила Юстаса! (Статья «Электронные книги - уже реальность!» в нашем журнале № 7-8'2009). Сегодня моделей электронных книг на экранах E-Ink (рис. 1) настолько много, что уследить за всеми невозможно.
 
Электронные чернила на любой вкус
Рис. 1
 
Технология «электронных чернил» компании E-Ink за семь лет коммерческого использования стала лидирующей и практически единственной. В 2011 году во всём мире наблюдался бум продаж электронных книг.
До конца года в мире было продано порядка 12,8 млн. читалок-ридеров, против 10 млн. в 2010 году. Поставщик экранов на базе электронных чернил E-Ink Holdings выполнил своё обещание поставить за 2011 год порядка 25 миллионов таких дисплеев (рис. 2).
 
Электронные чернила на любой вкус. Дисплеи E-Ink
Рис. 2. Дисплеи E-Ink
 
Ну а в 2012-м и вовсе обещает произвести их 30 миллионов. При этом компания намерена увеличить производство дисплеев до 100 миллионов штук к 2016 году. Соответственно, число продаж «читалок» будет приблизительно таким же. Основным потребителем, как и прежде, останется США, но и остальным что-то достанется.
 
Но раз любители чтения ринулись в магазины за ридерами, появление альтернативных технологий – это лишь вопрос времени. Текущий год обещает стать годом побед для конкурентов E-Ink.
В данной статье мы познакомим читателя только с коммерческими моделями читалок с бумагоподобными экранами, отличными от E-Ink, и уже поступившими в продажу в разных уголках планеты. Хотя в разработке есть и другие, не менее перспективные технологии, но мы будем знакомить читателя с ними по мере продвижения их к потребителю.
 
Технология E-Ink
 
Тем, кто не в теме, напомним вкратце, что черно-белый экран E-Ink представляет собой массив микрокапсул с прозрачной жидкостью, в которой свободно плавает двухцветная взвесь – отрицательно заряженные чёрные и положительно заряженные белые частички краски (рис. 3).
 
Электронные чернила на любой вкус
Рис. 3
 
Управляя зарядами на подложке, как одни, так и другие частички можно заставить всплыть к лицевой поверхности экрана или, наоборот, потонуть в его глубине. В современном исполнении E-Ink, с его 16 градациями серого в активно-матричных подложках для управления каждым пикселем экрана необходима своя транзисторная группа.
 
Текст на таком экране выглядит, как будто напечатанный чёрной типографской краской, а белый пигмент фона отражает свет подобно бумажному листу.
А теперь изюминка технологии: если мы снимем напряжение с ячейки, частицы краски останутся там же, где и были – то есть, для удержания картинки нам не придётся тратить энергию (это свойство экрана называется бистабильностью).
Отражательная способность (рефлексивность) экранов E-Ink последнего поколения уверенно превышает 40 %, тогда как отражательная способность экранов первого поколения была равна всего лишь 30 %. Рефлективность 45% – что это означает на практике?
 
Вот газетная бумага. Она не слишком белая: для нее этот показатель составляет в среднем 65%. Печатная бумага должна иметь оптическую яркость не менее 70%. Мелованная бумага без оптического отбеливателя имеет оптическую яркость не менее 75%, а с оптическим отбеливателем – не менее 85%.
Т. е., хорошая бумага имеет рефлексивность 80%, благодаря чему текст с нее можно читать с фонариком даже под одеялом! Читать с бумагоподобного дисплея приятно и комфортно, но только в том случае, если освещение хорошее. В темноте без внешней подсветки читать в принципе не получится ни с бумаги, ни с E-Ink.
Бумагоподобные дисплеи E-Ink обладают максимальными углами обзора 180 градусов, что выгодно отличает их от жидкокристаллических. Но они также достаточно хрупкие, так как подложка экрана выполнена из стекла и требуют аккуратного обращения.
 
Ридер с бумагоподобным дисплеем нужно переносить в обложке или хотя бы в чехле. Если планируете носить устройство в рюкзаке, советуем купить специальный металлический кейс. Иначе не миновать стеклобоя – повреждения экрана.
E-Ink экраны, устанавливаемые в современные ридеры, можно разделить на два «поколения»: Vizplex и Pearl. Экраны Pearl имеют меньшее время отклика (более быстрые), чем Vizplex, и более контрастные.
 
Год назад была анонсирована технология E-Ink Triton, использующая цветные электронные чернила. Экранам, выполненным по этой технологии, по-прежнему не нужна подсветка, а отображение статичной картинки на протяжении любого времени также не требует энергозатрат.
Т. е., те же «чернила», но теперь в цвете. Правда, пока не совсем понятно, когда первые «тритоновые» читалки доберутся до прилавков магазинов. Добиться лучшей белизны цветного экрана помог в цветных E-Ink нехитрый способ введения в аддитивную схему RGB четвертого – белого пикселя.
Поэтому пленки E-Ink, для реализации каждого цветного пикселя вынуждены опираться сразу на четыре субпикселя – красный, синий, зелёный и белый, что резко снижает разрешающую способность цветного E-Ink.
 
Зато потери света в накладном цветофильтре при переотражении падающего света от белой взвеси в микрокапсулах экрана E-Ink минимальны и дополнительно компенсируются белым субпикселем.
Правда, цветные E-Ink не способны преодолеть цветовой охват 10 % NTSC, увязнув на уровне 5-7 %. У многих прототипов цветных E-Ink, разрешение попадает в диапазон 50-70 точек на дюйм (dpi), тогда как серийные черно-белые E-Ink могут похвастаться разрешением от 160 до 200 точек на дюйм.
В 2011 году на одной из выставок был представлен дисплей E-Ink, без проблем воспроизводящий видео со скоростью 24-30 кадров в секунду. Такие экраны после незначительной доработки, скорее всего, заменят собой TFT-экраны в планшетах.
По крайней мере, на это намекают такие их преимущества, как отсутствие бликов, безвредность для зрения и скромный, по сравнению с TFT-дисплеями, расход энергии.
 
Кстати, возможность размещения экранов E-Ink на ткани и обычной бумаге дает повод надеяться, что в скором времени у нас будут «живые» портреты и анимированные газеты, а вместо футболки с портретом героя любимого фильма мы будем носить футболку с «живым» героем.
А теперь познакомимся с электронными книгами уже поступившими в продажу и сконструированными на основе технологий электронных чернил, отличных от E-Ink., но способных составить им конкуренцию.
Все представленные ниже дисплеи также позволяют отображать информацию на ярком солнечном свете и для удержания картинки им либо вообще не требуется энергия, либо ее количество минимально.
 
Эффект крыльев бабочки IMOD-экранов mirasol
 
С экранами E-Ink мой друг Юстас уже свыкся и почти счастлив. Теперь самое время оценить поистине революционную разработку, созданную в недрах компании Iridigm Display – технологию производства IMOD-экранов.
В 2004 году компанию Iridigm Display в полную собственность приобрела компания Qualcomm. Впоследствии технология получила имя mirasol. IMOD (Interferometric Modulation) расшифровывается как «интерферометрический модуляторный дисплей». Всевозможные цветовые оттенки на нем появляются за счет смешения отраженного света.
 
Компания Qualcomm на выставках последних полутора лет презентовала прототипы mirasol. Все, кто видел их в действии, сходились в одном – это будет нечто! Более того, специалисты прогнозировали, что дисплеи mirasol станут теми преемниками, которые подхватят эстафету у E-Ink на рынке экранов для электронных книг.
В ноябре 2011 года компания Kyobo продемонстрировала свой коммерческий Kyobo eReader в Тайбэе и журналисты смогли поподробнее с ним познакомиться и разместить в сети свои впечатления, "живые" фото и видео.
 
Электронные чернила на любой вкус. Kyobo eReader
Рис. 4. Kyobo eReader
 
Данная модель интересна тем, что стала первой в мире с дисплеем Mirasol. (рис. 4). Технология разработана Qualcomm и позиционируется, как конкурент стандартной "электронной бумаги" (e-ink). Модель Kyobo eReader оборудована 5,7-дюймовым цветным сенсорным Mirasol дисплеем с разрешением 1024x768 пикселей и построена на базе ОС Android 2.3.
Частота обновления на этом экране достигает 30 кадров в секунду, что вполне достаточно для отображения видео. Так что экраны Mirasol могут использоваться не только для электронных книг, где изображение статичное, но и для других устройств, скажем, планшетов. Пока ридер продается только в Южной Корее по цене, эквивалентной примерно $310.
 
Не отстает и Китай. В начале января 2012 года компании Qualcomm MEMS Technologies и The Shanghai Nutshell выступили с анонсом своей передовой разработки. Им стало устройство для чтения электронных книг, которое получило название Bambook Sunflower.
 
Электронные чернила на любой вкус. Bambook Sunflower
Рис. 5. Bambook Sunflower
 
Новые электронные книги продавались в Китае уже в феврале текущего года, а у нас их можно только заказать. Читалка Bambook Sunflower (рис.5) оснащена дисплеем с диагональю 5,7 дюймов, разрешение которого составляет 1024x768 точек. Модель работает под управлением процессора Qualcomm Snapdragon S2, а также в ней используется кастомизированная версия операционной системы Android 2.3 Gingerbread, которую назвали Bamboo.
 
Технология Mirasol
 
По легенде, возникновение технологии IMOD подсказали крылья бабочки. Чешуйки крылышек этих порхающих созданий создают сказочно яркие узоры, основанные на оптической, а не пигментной окраске так, что от них взгляд не оторвёшь!
Некоторые бабочки имеют вроде бы невзрачные крылья, но упади на них луч света, они вдруг заиграют яркими цветами. Проходя через прозрачные чешуйки на крыльях, лучи света отражаются как от внешней, так и от внутренней поверхности чешуек.
 
Оба отражения накладываются и усиливают или ослабляют друг друга. Подобный эффект называется интерференцией. Десятки тысяч чешуек на крыльях бабочек представляют собой мгновенно вспыхивающий «экран» со своим уникальным статическим узором.
Помните, о создании подобного экрана мечтал профессор Тарасевич из романа Владимира Брагина «В стране дремучих трав»? Седьмая часть книги так и называется «Симфония красок».
Но современные конструкторы пошли дальше природы и сконструировали экран, способный динамично менять цветной узор. Проясним некоторые нюансы работы экранов Qualcomm mirasol.
Каждая ячейка IMOD-экрана состоит из верхней прозрачной плёнки и подвижной металлической зеркальной мембраны с зазором между ними строго определённой высоты.
 
Электронные чернила на любой вкус
Рис. 6
 
Для каждого базового цвета зазор соответствует длине его волны: 780 нм для красного, 550 нм для зелёного и 380 нм для синего (рис. 6). Для формирования цвета дисплею mirasol не нужны накладные цветные фильтры. Таким образом, дисплеи mirasol не страдают от потерь света в цветных светофильтрах – их просто нет.
В теории IMOD-экраны способны демонстрировать отражательную способность свыше 60 % с уровнем контрастности 15:1. Глубина каждой ячейки выбрана такой, что отраженный от зеркальной мембраны на ее дне свет усиливает строго одну волну, соответствующую определенному цвету. Остальные цвета подавляются. Скажем, «зеленые» ячейки – усиливают свой цвет и гасят остальные.
 
 
 
 
 
Для управления пикселями IMOD-экранов достаточно структуры строка-столбец – куда проще, чем экраны E-Ink с тысячами транзисторов на подложке. А как обстоят дела с механической прочностью мембраны? Ведь в процессе работы зеркало деформируется, и не раз.
При анимации деформация происходит с частотой 50 раз в секунду. Со слов специалистов Qualcomm, беспокоиться не о чём. Каждая мембрана без проблем допускает 12 млрд. деформаций – а это, поверьте, очень много.
По умолчанию мембрана опущена. В таком положении она находится в состоянии «включено» - заданный размерами ячейки цвет отражается в полном объёме, питание не требуется.
 
Подав на ячейку короткий импульс, мы заставляем мембрану притянуться к верхней плёнке. Зазор сокращается настолько, что интерференция усиливает лишь ультрафиолетовое излучение, а видимый диапазон гасится – мы видим черную точку.
Экраны mirasol заявлены как намного более эффективные, чем экраны E-Ink. Так, в режиме видео (1800 обновлений в минуту), экран mirasol потребляет 0,45 Вт. Теоретическое потребление экрана E-Ink в данной ситуации составило бы 15,7 Вт.
Оптические характеристики экранов mirasol выглядят очень привлекательно. Непревзойдённая пока отражательная способность на уровне 50 % (у E-Ink, напомним, 40 %), контрастность – 8:1, тогда как заявленная на сайте E-Ink контрастность экранов последнего поколения равна 7:1 (хотя в устройствах встречается 9:1 и 10:1).
 
Скорости обновления и сравнивать стыдно: 0,7 секунды у E-Ink с 16 градациями серого и 10 мкс у экранов mirasol – на пять порядков быстрее. Наконец, при всем прочем экраны mirasol цветные. Все остальные выгоды присущи обеим технологиям – это и углы обзора, равные 180 градусам в обеих плоскостях, и эффект памяти.
Все вышеперечисленное не вызывает сомнений. Но как всегда, найдутся нюансы, о которых неохотно упоминают производители. Например, цвета на IMOD-экранах имеют явно выраженный металлический оттенок, а цветовая гамма смещена в зону пастельных тонов.
 
Главный минус этих экранов – сложности с выводом полутонов и градаций серого. Кроме пастельных цветов и металлического характера красок, это и повышенный расход электроэнергии и усложнение процесса производства экрана с ростом числа градаций цвета.
К счастью, экраны mirasol можно будет использовать в разных энергозатратных режимах: черно-белую страницу книги можно читать, не беспокоясь о заряде аккумулятора, а на полноцветную иллюстрацию или видеоролик энергии потребуется побольше, но несравнимо меньше, чем в ЖК мониторах.
Поскольку технология производства IMOD-экранов совершенствуется, со временем ее детские болезни уйдут в прошлое. Но следует признать, технология mirasol в сравнении с другими «книжными» экранами – это не шаг, а настоящий прорыв вперёд.
 
Экраны SiPix
 
Продолжая рассказ о бумагоподобных экранах, далее упомянем конкурента экранов E-Ink в самой ближайшей перспективе – технологию американской компании SiPix Imaging. Как и E-Ink, технология SiPix базируется на микрокапсулах с заряженной взвесью.
Обе разработки стартовали в конце 90-х годов с разницей в два года: E-Ink в 1997 году, SiPix в 1999 году. На финише, тем не менее, экраны SiPix отстали от своего конкурента на срок порядка шести лет: экраны на E-Ink поступили в продажу в 2004 году, а массовая отгрузка экранов на SiPix началась лишь в прошлом году.
И всё же, сильно запоздавший старт может оказаться мощным ответом E-Ink – купившая в марте прошлого года компанию SiPix тайваньская AU Optronics является крупнейшим производителем ЖК-панелей. Если AUO развернется, то E-Ink мало не покажется. Но это все лирика. Познакомимся с технологией SiPix поближе.
Начнём с того, что экраны SiPix могут выпускаться весьма нехитрым способом в полностью автоматическом непрерывном цикле (картинка из январского номера Nikkei Electronics Asia за этот год, рис. 7).
 
Электронные чернила на любой вкус. Производство дисплеев SiPix
Рис. 7. Производство дисплеев SiPix
 
Как явствует из схемы, на пластиковый субстрат с прозрачным электродом наносится пластиковый же материал (цифра 1), в котором затем методом оттиска равномерно продавливаются одинаковые ячейки – будущие пиксели (2). Затем в каждую из ячеек заливается нужный состав (3), после чего ячейки по всей ширине движущейся ленты заливаются слоем герметика (секция «с») и ламинируются. Процесс очень простой, но каждый шаг и используемые материалы запатентованы компанией SiPix.
 
Подчеркнем, на этот раз простота не мнимая: цена экранов SiPix примерно на 20 % дешевле, чем экранов E-Ink такой же диагонали.
Простое не только производство – конструкция пикселя также является более простой версией пикселя E-Ink. Если E-Ink опирается на двухцветную взвесь, черную и белую, то каждый пиксель SiPix содержит только одну белую взвесь в жидкости черного цвета:
 
Электронные чернила на любой вкус. Принцип работы SiPix
Рис. 8. Принцип работы SiPix
 
Как и в E-Ink, если разность потенциалов заставляет белую взвесь подняться к поверхности экрана – пиксель становится белым. Поменяв полярность
приложенного напряжения, мы заставляем взвесь погрузиться на дно, и пиксель почернеет от подступивших к экрану чернил (рис. 8). Что интересно, управление пикселем возможно как с помощью пассивной, так и активно-матричной подложки.
Из-за особой конструкции и иного состава ингредиентов оптические характеристики экранов SiPix немного уступают оптическим характеристикам экранов E-Ink. Компания SiPix не публикует данные о своих монохромных дисплеях.
 
В опытных образцах белизна экранов SiPix была примерно на 10 % хуже белизны экранов E-Ink, и чуть медленнее работало обновление экрана. Максимальные углы обзора тоже поменьше – 160 градусов. Но к началу массового производства экранов SiPix компания AU Optronix пообещала заметно улучшить их оптические характеристики.
Уступая пока своему конкуренту в черно-белом режиме изображения, демонстрировать цветную картинку экраны SiPix обещают лучше цветных E-Ink, причём как по цветовому охвату, так и по отражательной способности.
 
Разгадка в том, что цветные экраны E-Ink используют накладные цветные фильтры четырех цветов – красный, зелёный, синий и белый (для повышения белизны). Цветные экраны SiPIx не используют цветные фильтры. Вместо этого в каждый субпиксель залит чернилами своего цвета: красные, синие и зелёные.
Отсутствие накладных фильтров позволяет компании говорить об отражательной способности цветных экранов SiPix на уровне 40 %, тогда как у цветных E-Ink этот показатель едва превышает 30 %.
Что касается цветового охвата, то цветные экраны SiPix могут демонстрировать до 14 % NTSC, тогда как у цветных E-Ink аналогичный показатель не дотягивает до 7 %. Впрочем, цветные экраны SiPix в массовом производстве пока не ожидаются, как и не будет в этом году и массовых цветных экранов E-Ink.
 
Электронные чернила на любой вкус. LBook A9
Рис. 9. LBook A9
 
Электронные чернила на любой вкус.ASUS DR-900
Рис. 10. ASUS DR-900
 
Не впечатляют потребителя возможности обеих технологий при показе цветов. Значительно интереснее будет сравнить новинки электронных книг на монохромных экранах SiPix. Такие уже заявлены в продажу рядом интересных производителей, например, компанией LBook (модель A9, рис. 9) или тайваньской ASUS (модель DR-900, рис. 10).
 
Экраны на основе технологии электросмачивания (electrowetting – EW)
 
Эта технология разработана голландской компанией Liquavista, расположенной в Нидерландах, городе Эйндховен и приобретенной южнокорейским гигантом Samsung в начале 2011 года. Компания разработала технологию экранов нового типа, известную как электросмачивание (electrowetting – EW), предусматривающую изменения свойств влажности гидрофобных поверхностей с помощью воздействия электрического поля.
 
Электронные чернила на любой вкусю Технология EW
Рис. 11. Технология EW
 
Материал для EW-экрана очень простой: два кусочка стекла или пластика и вода с маслом внутри. Дополнительным ингредиентом является легко растворимая в масле краска. Выбор красителя определяет цвет экрана в состоянии «выключено», когда масляная пленка растекается по всей поверхности пикселя (рис. 11).
Благодаря силам поверхностного натяжения, на водоотталкивающей поверхности капля жидкости принимает форму, близкую к шарообразной (картинка «a»).
Если к электроду внутри капли и к электроду под водоотталкивающим изолятором приложить разность потенциалов, смачиваемость поверхности как бы резко усилится, и капля растечется (b). После снятия напряжения капля опять соберется в шарик (a). И так до бесконечности. Однако технология электросмачивания не подразумевает бистабильности.
 
Созданные на ее базе дисплеи отличаются низким энергопотреблением EW-экранов, которое в 10 раз меньше по сравнению с существующими панелями. Что немаловажно, для их производства не понадобится строительство новых мощностей – достаточно будет лишь модернизировать существующие линии по производству ЖК-панелей, так как технология изготовления EW-панелей совместима с существующими линиями по производству LCD и требует лишь некоторой модификации последних.
 
Показатель предельной частоты обновления изображения на EW-экранах в 70 раз превосходит таковой у существующих светоотражающих экранов (E-Ink), позволяя отображать полноцветное видео на ярком солнечном свете, что до сих пор невозможно ни на одном коммерческом продукте.
Рефлективный цветной дисплей (промышленный образец) имеет разрешение 800х600 точек, количество отображаемых цветов равно 16,7 млн, контрастность – 15:1, цветовой охват – 12%, коэффициент отражения – 30%, угол обзора – 180 градусов в обеих плоскостях.
Монохромный 6,2” дисплей тоже имеет разрешение 800х600 точек, количество оттенков серого равно 256, коэффициент отражения – 45%, контрастность – 15:1, угол обзора – 180 градусов в обеих плоскостях.
Но до коммерческого продукта на момент написания статьи дело еще не дошло.
 
Заключение
 
Вместо заключения мы попытаемся сравнить представленные технологии с главным конкурентом – E-Ink. Сначала ответим на часто задаваемый вопрос: «А каковы отличия SiPix от E-Ink?».
Ответ: SiPix дешевле, с более серой подложкой, но с более черными, более контрастными буквами. Плохо, что буквы эти чуть размыты, впрочем, далеко не всех эта легкая и не такая уж заметная размытость беспокоит.
Но стоит добавить, что частенько после перелистывания на SiPix остаются следы текста с предыдущей страницы. Отмечу также, что само перелистывание (обновление экрана) занимает чуть больше времени, чем на E-Ink. Отдельно замечу, что дисплей SiPix такой же хрупкий, как и E-Ink, ибо его подложка также стеклянная.
 
На чем хотелось бы заострить внимание читателя – технологии SiPix и mirasol уже представлены на рынке коммерческими моделями читалок. Первая наверняка составит серьёзную конкуренцию черно-белым экранам E-Ink, тогда как вторая обещает реальный прорыв в электронных книгах в сторону цвета и видео, где ни E-Ink, ни SiPix не обещают серьезных улучшений.
 
Перспективная технология Liquavista, несмотря на ее внешнюю привлекательность и обширную рекламу, вряд ли будет доведена до приемлемого уровня в ближайший год. Очевидно, есть еще не устраненные подводные камни технологии. Но раз в дело вступил такой гигант как Samsung, в недалеком будущем она действительно может составить серьезную конкуренцию IMOD-экранам mirasol.
– Мы современники революционных перемен в книгопечатании, сравнимых по значимости с изобретением печатного станка! – воскликнул пораженный Юстас. – Не за горами время, когда школьники не будут таскать за плечами многокилограммовые ранцы, а свежий номер «Компьютера» можно будет прочесть на экране цветной «читалки» с помощью двух кликов мышки – соединить – скачать!
 

 
 
На главную страницу На предыдущую страницу На начало страницы
 
 
 
 
 
2009 - 2017 © СПД Зайцев А.Б.
Сайт является средством массовой информации.
При перепечатке и цитировании в печатных СМИ ссылка на журнал "Компьютер" обязательна.
При перепечатке и цитировании в Интернете обязательна активная гиперссылка на сайт Comput.com.ua, не закрытая для индексирования.
Украина онлайн Рейтинг@Mail.ru Рейтинг Сайтов YandeG