Єлектронная бумага

Электронная бумага (англ. e-paper, electronic paper; также электронные чернила, англ. e-ink) — технология отображения информации, разработанная для имитации обычной печати на бумаге и основанная на явлении электрофореза. В отличие от традиционных плоских жидкокристаллических дисплеев, в которых используется просвет матрицы для формирования изображения, электронная бумага формирует изображение в отражённом свете, как обычная бумага, и может хранить изображение текста и графики в течение достаточно длительного времени, не потребляя при этом электрической энергии и затрачивая её только на изменение изображения. В отличие от традиционной бумаги технология позволяет произвольно изменять записанное изображение. Электронную бумагу следует отличать от цифровой бумаги.

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, но 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 по 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

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.

 

 

В 90-х годах ХХ века 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 контролировала, 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.Яркость и разрешение «электронной бумаги», изготовленной на принципах электрофореза, оказались выше, чем у Gyricon, однако оба метода обеспечивают монохромное изображение.

Для создания цветного дисплея компания E Ink объединила усилия с японской компанией Toppan Printing, которая занимается выпуском цветных фильтров. Основной недостаток электрофорезной бумаги – низкая скорость обновления рисунка. Поэтому такие дисплеи не подходят для демонстрации, скажем, видео: чтобы частицы переместились внутри микрокапсулы, требуется определенное время. Но зато при отсутствии электрического поля изображение сохраняется (как и в случае с Gyricon).

Абсолютно другой принцип положен в основу электронной бумаги такими компаниями, как IBM, Philips, HP и Fujitsu, – последние уже продемонстрировали публике готовые устройства. Это модифицированные холестерические жидкие кристаллы (ChLCD), стабилизированные добавлением полимерных цепочек. Они работают точно так же, как обычные жидкокристаллические дисплеи, но при выключении питания последнее изображение остается видимым. Этот принцип считается одним из фаворитов, так как ЖК-дисплеи производятся массово, а следовательно, технология эта дешевая и отработанная. Кроме того, дисплеи на основе ChLCD тонкие (0,8 мм), их можно не только скручивать, но даже и складывать, для поддержания картинки не требуется энергии вообще, а для ее смены энергия расходуется в минимальных количествах. Изображение цветное, имеет высокие яркость, контраст, разрешение, а скорость обновления может быть достаточно высока для воспроизведения анимации. Так что вполне вероятно, что в ближайшем будущем возможность увидеть «движущиеся картинки» в книге будет не только у героев книг Джоан Роулинг, но и у обычных людей.

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

Как отдельный класс электронные книги существуют уже около 15 лет, однако относительно широкое распространение они получили лишь недавно. Ситуация изменилась буквально за три года: пришли новые производители, расширился модельный ряд.

Основное преимущество электронных книг перед всеми остальными устройствами, поддерживающими вывод электронных текстов, - это дисплей, имитирующий обычную бумагу. В подавляющем большинстве такие дисплеи основаны на технологии так называемых электронных чернил, чьим появлением мы обязаны физику Джорджу Якобсону. Он же является соучредителем фирмы E-Ink, которая при активном участии корпораций Philips и Sony и вывела технологию на рынок. У такого дисплея очень низкое электропотребление - расход энергии осуществляется только при «перелистывании» страниц, поэтому продолжительность автономной работы устройства измеряется не в привычных часах, а количестве страниц. Кроме того, преимуществом являются малая толщина, надежность и долговечность (при бережном обращении) дисплея. Но главное, что наиболее выгодно выделяет электронные чернила, - это исключительный комфорт чтения. Все мы читаем с детства, все мы привыкли к бумаге, и ее имитация стала главным козырем электронных книг, построенных на технологии Е-Ink, за что смело можно простить ее неизбежные недостатки.

 

 

Форматы  и   дисплеи:

 

Основные форматы электронных текстов, поддерживаемые электронными книгами: TXT, WTXT, FB2, PDB, PDF, EPUB, HTML, RTF, DOC, DjVu.

- Основные форматы графических  изображений, поддерживаемые электронными  книгами: JPG, BMP, TIFF.

- Основные аудиоформаты, поддерживаемые электронными книгами: MP3, WAW, WMA, OGG, FLAC, AAC.

- Наиболее распространенные  типы дисплеев в электронных книгах: LCD (LED, TFT, IPS), E-Ink, SiPix.

Цветная читалка с экраном от E Ink

Похоже, что первая цветная читалка с экраном на основе электронной бумаги будет представлена не одним из крупнейших брендов на рынке, а китайской компанией Hanvon. Согласно заметке в New York Times, новая читалка будет представлена на выставке FPD International 2010 в Токио.

Что интересно, экраны в читалках Hanvon будут производства E Ink, обещавшей ранее появление цветных вариантов своей продукции к концу 2010 года. Кроме того, известно, что экран читалки будет с диагональю 9,68 дюйма, в гаджеты будет встроена поддержка Wi-Fi и 3G, а цена новинки составит примерно $440.

Экран на основе электронной бумаги позволит гаджету работать на одном заряде не меньше, чем черно-белые версии, но цветной экран еще не означает улучшения в скорости обновления страниц. Сенсорный экран поддерживает ввод как стилусом, так и пальцами. Есть функция «проговаривания» Text-to-speech, словари, а также несколько игр.Видео и комфортный серфинг сети все еще будут проблемой, но вот цветные версии журналов и иллюстраций в книгах будут явно более приятны глазу, чем черно-белые. В продаже цветные читалки должны появиться до марта 2011.

Новейший цветной дисплей e-paper

Японская компания Fujitsu в рамках выставки International Digital Publishing Expo показала публике новейший цветной дисплей e-paper на основе технологии холестерических жидких кристаллов. Как сказано в официальном заявлении, новый модуль ярче, контрастнее и воспроизводит большее количество цветов, чем современные аналоги.

Преимущество холестерических кристаллов в том, что они не требуют использования поляризационных фильтров, отражающих слоев, цветофильтров или системы подсветки. Поэтому возможно создание очень компактных, легких и ярких дисплеев на их основе. Показанный экземпляр (концепт электронного ридера с новым дисплеем) весит всего 220 граммов, способен формировать изображение за 0,7 секунды, и поддерживает отображение 4096 цветов. Концепт гаджета работает под управлением практически любой современной операционной системы, от Windows до Linux.

Основные характеристики дисплея:

• размер дисплея по-диагонали - 8 дюймов;
• разрешение 157 точек/дюйм;
• коэффициент контрастности 8:1;
• воспроизведение цветового пространства NTSC;
• коэффициент отражения не менее 34%;
• возможность отображения файлов в форматах JPEG, PDF и EPUB.

Электронная книга ASUS DR-900

Е-ридер ASUS DR-900 обладает целой серией достоинств, а также недостатками, но они пока что надежно скрываются. К положительным моментам относится очень незначительная толщина корпуса, меньше 10 миллиметров, и заодно продвинутый экран на основе электронной бумаги SiPix, диагональ которого – 9 дюймов, а поддерживаемое разрешение – 1024х768 пикселей.

ASUS позиционирует свою  новую электронную книгу DR-900 как устройство, предназначенное, в первую очередь, для чтения прессы, а лишь потом – обычных книг. Действительно, на таком довольно большом экране легко уместится разворот газеты. Есть информация, что DR-900 будет продаваться в различных комплектациях. Разница между ними будет заключаться в количестве встроенной памяти (до 4 гигабайт) и в наличии поддержки сотовых сетей третьего поколения. А вот модуль WiFi и разъем под наушники 3,5 мм, равно как и медиаплеер вместе со слотом под карты памяти, будут присутствовать во всех модификациях, даже в самой базовой. Аккумулятора в ASUS DR-900 хватит на 10000 страниц.

Электронные газеты

В феврале 2006 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.

Skiff Reader – читалка для журналов и  газет

В скором времени на рынке должна появиться новая электронная читалка Skiff Reader, ориентированная, судя по ее дизайну, на чтение газет и журналов.

Гаджет отличается большим сенсорным дисплеем (11,5 дюймов с разрешением 1200х1600 пикселей), а толщина его составляет всего 6,8 мм. Дисплей изготовлен на основе прочной металлической фольги, так что его легко можно гнуть.

Функциональность Skiff Reader на уровне: поддерживается беспроводная передача данных через 3G и Wi-Fi, имеется 4 Гб встроенной памяти, слот для SD-карт и встроенный динамик.

Габариты гаджета 228,6х279,4х6,8 мм, а весит он 498 граммов. Приятной особенностью является длительное время автономной работы – 7 дней при среднем использовании, а полная зарядка аккумулятора производится за 2-3 часа.