e-Ink: всичко, което трябва да знаете за екраните на електронните четци

Екраните играят решаваща роля в ежедневното ни взаимодействие с технологиите и могат да увредят зрението или да причинят умора на очите, наред с други проблеми. За да не се случи това, докато се наслаждавате на четенето на любимата си електронна книга, трябва да изберете екрани с тази технология, за която ви разказваме днес. Сред различните налични технологии за показване, e-Ink екрани или електронно мастило, придобиха популярност благодарение на уникалния си набор от функции, подобрявайки изживяването на читателя и го правейки възможно най-близко до четенето на хартия.

Но… наистина ли знаете какви са те?

Какво е e-Ink или ePaper?

Може да се нарича с различни имена, като напр електронна хартия или ePaper, или също известен като електронно мастило или e-Ink. Независимо как го наричате, това е вид екранен панел, който имитира външния вид на обикновено мастило върху хартия. За разлика от конвенционалните плоски дисплеи, които излъчват светлина, дисплеят от електронна хартия отразява околната светлина, точно като хартията. Това може да ги направи по-удобни за четене и да осигурят по-широк зрителен ъгъл от повечето светлоизлъчващи дисплеи. Контрастното съотношение на наличните електронни дисплеи се доближава до това на вестник, а новоразработените дисплеи са малко по-добри. Идеалният екран с електронна хартия може да се чете на пряка слънчева светлина, без изображението да изглежда избледняло, както се случва с много други устройства като таблети, смартфони, компютри и др.

Много технологии за електронна хартия съхранява текст и статични изображения за неопределено време без електричество. Това също ги прави идеални за мобилни устройства, които зависят от батерия, така че можете да удължите автономността с дни или седмици, в зависимост от общата консумация на хардуера на устройството.

Как работи e-Ink или ePaper

Не може да се обобщава за начин на работа на екрани с електронно мастило или e-Ink, тъй като има много технологии и всяка работи по различен начин, както ще видим по-късно в раздела за видовете. Но например, Чрез електрофореза, когато електрическо поле се приложи към микрокапсулата, заредените частици се придвижват към противоположно заредения електрод. Например, ако долният електрод е положителен, черните частици ще се движат надолу, а белите частици ще се движат нагоре.

• Микрокапсули: Съставени са от милиони микрокапсули, всяка от които е с приблизително същата ширина като човешки косъм. Всяка микрокапсула съдържа заредени частици, суспендирани в бистра течност. Тези капсули са разпределени по целия панел или екран. Във всяка микрокапсула има бели частици, които носят положителен заряд, и черни частици, които носят отрицателен заряд. Лесна работа, те се поляризират според електрическия заряд, за да показват текст и изображение в черно и бяло. По този начин можете да видите черна или бяла точка или пиксел...

Една от ключовите характеристики на дисплеите с електронно мастило е тяхната бистабилност. Това означава, че след като изображението е формирано, не е необходима енергия за поддържането му. Изображението ще остане на екрана дори когато захранването бъде премахнато. Оттук и ниската му консумация в сравнение с конвенционалните екрани.

В днешно време технологиите са напреднали, така че има и такива цветни екрани, по-напреднали и които могат да показват множество цветове, да показват изображения от книги, комикси и т.н.

Малко история

Въпреки че може да изглежда съвсем скорошно, истината е, че историята на тези екрани датира от няколко десетилетия, по-специално през 1970-те години на миналия век, когато Ник Шеридън от изследователския център на Xerox Palo Alto разработи първата електронна хартия, наречена Gyricon. Този иновативен материал се състои от полиетиленови сфери, които могат да се въртят свободно, показвайки бяла или черна страна в зависимост от полярността на приложеното напрежение, като по този начин създават вид на електрически контролиран черен или бял пиксел.

Въпреки този напредък, идеята за екран с ниска мощност, който имитира хартия, не се материализира до десетилетия по-късно. Беше физик Джоузеф Джейкъбсън, докато е постдокторант в Станфордския университет, който си представи книга от няколко страници, чието съдържание може да се променя с натискането на един бутон и изисква малко енергия за работа.

Джейкъбсън е назначен от Нийл Гершенфелд в медийната лаборатория на Масачузетския технологичен институт през 1995 г. Там Джейкъбсън наема двама студенти от MIT, Барет Комиски и Джей Д. Албърт, за да създадат необходимата технология за показване. за да превърнете визията си в реалност.

Първоначалният фокус беше да се създаде малки сфери, които бяха наполовина бели и наполовина черни, като Gyricon на Xerox. Този подход обаче се оказа значително предизвикателство. По време на своите експерименти Алберт случайно създава няколко напълно бели сфери. Comiskey експериментира със зареждане и капсулиране на тези бели частици в микрокапсули, смесени с тъмно багрило. Резултатът беше система от микрокапсули, които можеха да се нанасят върху повърхност и да се зареждат независимо за създаване на черно-бели изображения.

En 1996 г. MIT подава първия патент за микрокапсулиран електрофоретичен дисплей. Предимството на микрокапсулирания електрофоретичен дисплей и неговия потенциал да отговори на практическите изисквания на електронната хартия се разглежда като голям пробив с оглед на използването му в устройства за четене, наред с други. По това време обаче технологията все още беше примитивна и цветни дисплеи от този тип не съществуваха.

През 1997 г. Албърт, Комиски и Джейкъбсън, заедно с Ръс Уилкокс и Джеръм Рубин, основава E-Ink Corporation, два месеца преди дипломирането на Албърт и Комиски. Оттогава технологията e-Ink продължи да се развива, намирайки приложения в различни устройства и трансформирайки нашето взаимодействие с цифровите технологии...

Тази компания Тайванска компания, която произвежда и разпространява екрани електрофореза, се възползва от няколко движения, за да стане доминиращ в сектора. Например през 2005 г. Philips продаде бизнеса с електронна хартия на Prime View International (PVI), производител със седалище в Хсинчу, Тайван. През 2008 г. E Ink Corp. обяви първоначално споразумение за закупуване от PVI за $215 милиона, сума, която в крайна сметка достигна $450 милиона след преговори. E-Ink беше официално придобит на 24 декември 2009 г. Покупката от PVI разшири производствения мащаб за дисплея за електронна хартия E-Ink. PVI се преименува на E Ink Holdings Inc. след покупката. През декември 2012 г. придоби SiPix, конкурентна компания за електрофоретични дисплеи, за да укрепи лидерството си днес.

Приложения за екран с електронно мастило

С напредъка и съзряването на тази технология много компании започнаха да разработват или придобиват екрани от този тип от своите доставчици, за да ги използват в множество приложения, въпреки че най-известните са е-четеците, истината е, че има опити и приложения в други сектори:

• Гъвкави екрани: тъй като тази технология се адаптира добре към твърди панели, както и към тези, които могат да бъдат огънати. Например, може да се използва за някои гъвкави мобилни устройства или носими устройства, като евтините Motorola F3, Samsung Alias ​​​​2, YotaPhone, Hisense A5c, които използват e-Ink екран вместо LCD, или Spectrum на Seiko SVRD001, Острото камъче и др.
• електронни четци: както вече споменахме, като тези, които имаме на тази страница, от различни марки, Sony, Kindle, Kobo, Onyx и др. Освен това вече има както конвенционални екрани, така и сензорни екрани, както и цветни екрани или екрани, чувствителни към електронни писалки.
• Лаптопи и компютърни монитори: Въпреки че не е обичайно, има някои специални модели, като например Lenovo ThinkBook Plus, с екран за електронна хартия. Виждаме и много таблети с Android, които използват този тип екрани, за да направят устройства 2 в 1 или хибриди между електронен четец и таблет.
• електронни вестници: Фламандският всекидневник De Tijd също разпространи електронна версия на своя хартиен вестник в ограничена версия, използвайки предварителна версия на iRex iLiad. Някои други примери ще дойдат по-късно.
• Смарт карти и периферни устройства- Някои смарт карти също могат да използват този тип дисплеи с електронно мастило за ниска консумация, като тези, произведени от Nagra ID и разработките на Innovative Card Technologies и nCryptone. Използвани са и за някои други периферни устройства, като USB флешки с екрани.
• Публични табла за управление: Те могат да се използват и за намаляване на потреблението на електронни панели или екрани, които показват информация на летища, гари, магистрални панели, знаци и др.
• други: Имаме и други възможни приложения, като например електронни етикети с екран с електронно мастило, интелигентно облекло, клавиатури като тази на Dvorak, игри и т.н.

Технологии за показване на електронна хартия

По отношение на съществуващите технологии можем прави разлика между няколко, както на основно ниво, така и във версии на e-Ink Corporation:

Видове панели

Сред видове технологии които са разработени с течение на времето за внедряване на екрани с електронно мастило, трябва да подчертаем:

• Gyricon: Електронната хартия е разработена за първи път през 1970 г. от Ник Шеридън в изследователския център на Xerox в Пало Алто. Първата електронна хартия, наречена Gyricon, се състоеше от полиетиленови сфери между 75 и 106 микрометра. Всяка сфера е частица Янус, съставена от отрицателно заредена черна пластмаса от едната страна и положително заредена бяла пластмаса от другата. Сферите са вградени в лист от прозрачен силикон, като всяка сфера е окачена в маслен мехур, за да може да се върти свободно. Полярността на напрежението, приложено към всяка двойка електроди, определя дали бялата или черната страна е обърната нагоре, като по този начин придава на пиксела бял или черен вид. През 2007 г. естонската компания Visitret Displays разработваше този тип дисплей, използвайки поливинилиден флуорид (PVDF) като материал за сферите, драматично подобрявайки видео скоростта и намалявайки необходимото управляващо напрежение.
• EPD (електросферичен дисплей): Електрофоретичен дисплей формира изображения чрез пренареждане на заредени пигментни частици с приложено електрическо поле. При най-простото изпълнение на EPD, частици от титанов диоксид с диаметър около един микрометър се диспергират във въглеводородно масло. Тъмно оцветено багрило също се добавя към маслото, заедно с повърхностно активни вещества и зареждащи агенти, които карат частиците да получат електрически заряд. Тази смес се поставя между две успоредни проводими плочи, разделени от разстояние от 10 до 100 микрометра. Когато се приложи напрежение към двете плочи, частиците мигрират електрофоретично към плочата, носейки заряд, противоположен на този на частиците. Когато частиците са разположени от предната (гледна) страна на екрана, се появява бяло, защото светлината се разпръсква обратно към зрителя от титаниеви частици с висок индекс. Когато частиците са разположени от задната страна на екрана, той изглежда тъмен, тъй като светлината се абсорбира от цветовия нюанс. Ако задният електрод е разделен на серия от малки елементи на изображението (пиксели), тогава може да се формира изображение чрез прилагане на подходящо напрежение към всяка област на екрана, за да се създаде модел от отразяващи и абсорбиращи области. EPD обикновено се адресират с помощта на базирана на MOSFET тънкослойна транзисторна (TFT) технология.
• Микрокапсулиран електрофоретик: През 1990-те години на миналия век екип от студенти от Масачузетския технологичен институт замисли и създаде прототип на нов тип електронно мастило, базирано на микрокапсулиран електрофоретичен дисплей, произхождащ от E-Ink Corp и използван от европейския Philips. Тази технология използва микрокапсули, пълни с електрически заредени бели частици, суспендирани в цветно масло. Основната схема контролира дали белите частици са в горната част на капсулата (така че да изглежда бяла за зрителя) или в долната част на капсулата (така че зрителят да вижда цвета на маслото). Тази технология позволи екранът да бъде направен от гъвкави пластмасови листове вместо стъкло. По-ново прилагане на тази концепция изисква само слой от електроди под микрокапсулите.
• Дисплей с електронамокряне (EWD): е технология, която контролира формата на ограничен интерфейс вода/масло чрез приложено напрежение. Без напрежение (оцветеното) масло образува плосък филм между вода и хидрофобно изолиращо покритие на електрод, което води до цветен пиксел. Чрез прилагане на напрежение между електрода и водата, междинното напрежение между водата и покритието се променя, карайки водата да измести маслото, създавайки частично прозрачен или бял пиксел, ако има бяла отразяваща повърхност под превключващия елемент. Базираните на електронамокряне дисплеи предлагат няколко привлекателни функции. Превключването между бяло и цветно отражение е достатъчно бързо за показване на видео съдържание. Това е технология с ниска мощност и ниско напрежение и дисплеите, базирани на ефекта, могат да бъдат плоски и тънки. Отразителната способност и контрастът са по-добри или равни на други видове отразяващи дисплеи и се доближават до визуалните качества на хартията. Освен това технологията предлага уникален път към пълноцветни дисплеи с висока яркост, което води до дисплеи, които са четири пъти по-ярки от отразяващите LCD дисплеи и два пъти по-ярки от други нововъзникващи технологии. Вместо да се използват червени, зелени и сини (RGB) филтри или редуващи се сегменти от трите основни цвята, което ефективно води до само една трета от дисплея, отразяващ светлината в желания цвят, електроомокрянето позволява система, в която суб-пиксел може да променя два различни цвята независимо. Това води до две трети от площта на дисплея, която е достъпна за отразяване на светлината във всеки желан цвят. Това се постига чрез конструиране на пиксел със стек от два независимо контролирани цветни маслени филми плюс цветен филтър. Цветовете са циан, магента и жълто (RGB), което е субтрактивна система, сравнима с принципа, използван при мастиленоструйния печат. В сравнение с LCD, яркостта се печели, защото не са необходими поляризатори.
• Електрофлуидика: е вариант на дисплея EWD, който поставя дисперсия от воден пигмент в малък резервоар. Това отлагане обхваща по-малко от 5-10% от видимата пикселна площ и следователно пигментът е значително скрит от погледа. Напрежението се използва за електромеханично извличане на пигмента от резервоара и разпространението му като филм директно зад субстрата на дисплея. В резултат на това дисплеят придобива цвят и яркост, подобни на конвенционалните пигменти, отпечатани върху хартия. Когато напрежението се премахне, повърхностното напрежение на течността кара дисперсията на пигмента бързо да се прибере в резервоара. Технологията потенциално може да осигури повече от 85% отражение на бялото състояние за електронна хартия. Основната технология е изобретена в лабораторията за нови устройства на Университета в Синсинати и има работещи прототипи, разработени в сътрудничество със Sun Chemical, Polymer Vision и Gamma Dynamics. Той има голям резерв в критични аспекти като яркост, наситеност на цветовете и време за реакция. Тъй като оптично активният слой може да бъде с дебелина под 15 микрометра, има голям потенциал за подвижни дисплеи.
• Интерферометричен модулатор (Mirasol): Интерферометричният модулатор е технология, използвана в електронни визуални дисплеи, която може да създава различни цветове чрез интерференция на отразена светлина. Цветът се избира с електрически превключван светлинен модулатор, включващ микроскопична кухина, която се включва и изключва с помощта на контролни интегрални схеми, подобни на тези, използвани за управление на LCD.
• Електронно-плазмонен дисплей: е технология, която използва плазмонични наноструктури с проводими полимери. Тази технология включва широк диапазон на цветовете, силно независимо от поляризацията отражение (>50%), силен контраст (>30%), бързо време за реакция (стотици ms) и дългосрочна стабилност. Освен това има ултра ниска консумация на енергия (<0.5 mW/cm2) и потенциал за висока разделителна способност (>10000 dpi). Тъй като ултратънките метаповърхности са гъвкави и полимерът е мек, цялата система може да се огъне. Желаните бъдещи подобрения за тази технология включват бистабилност, по-евтини материали и изпълнение с TFT матрици. И за да направи това, той се състои от два ключови елемента или части:
  • Първата е силно отразяваща метаповърхност, направена от филми метал-изолатор-метал с дебелина десетки нанометри, които включват дупки с нанометров мащаб. Тези метаповърхности могат да отразяват различни цветове в зависимост от дебелината на изолатора. Стандартната цветова схема RGB може да се използва като пиксели за пълноцветни дисплеи.
  • Втората част е полимер с оптична абсорбция, контролирана от електрохимичен потенциал. След отглеждане на полимера върху плазмоничните метаповърхности, отражението на метаповърхностите може да бъде модулирано от приложеното напрежение.
• отразяващ LCD: Това е технология, подобна на конвенционалните LCD, но панелът със задно осветяване е заменен с отразяваща повърхност.

Има разработени или в процес на разработка други технологии, въпреки че горните са най-важните. Например, изследователите полагат големи усилия да използват органични транзистори, вградени в гъвкави субстрати, да опростят цветните дисплеи с помощта на оптика и т.н.

e-Ink версии

Винаги съветвам да избирате електронни четци с екрани с електронно мастило вместо LCD екрани. Причината е, че електронното мастило не само уморява по-малко очите ви, но също така ви дава изживяване при четене, подобно на това на истинска хартия, в допълнение към консумацията на много по-малко енергия от традиционните екрани. Когато избирате екрана с електронно мастило или електронна хартия, трябва да знаете, че има различни версии на технологиите налични днес, патентовани от e-Ink Holdings, като например:

• Визплекс: Това беше първото поколение дисплеи с електронно мастило, използвани от някои много популярни марки през 2007 г.
• Перла: Това подобрение беше въведено три години по-късно и беше използвано от Amazon за неговия Kindle, както и в други модели като Kobo, Onyx и Pocketbook.
• Мобиус: Подобен е на предишните, но включва слой от прозрачна и гъвкава пластмаса върху екрана за по-добра устойчивост на удари. Onyx, китайска компания, беше една от тези, които използваха този екран.
• Тритон: Тя беше представена за първи път през 2010 г., въпреки че втора подобрена версия беше пусната през 2013 г. Тази технология включва цвят за първи път в дисплеи с електронно мастило, с 16 нюанса на сивото и 4096 цвята. Pocketbook беше един от първите, които го използваха.
• Писмо и Писмо HD: Пуснати са през 2013 г. и има две различни версии. e-Ink Carta има разделителна способност 768×1024 px, размер 6″ и плътност на пикселите 212 ppi. Що се отнася до версията e-Ink Carta HD, тя се увеличава до 1080x1440 px резолюция и 300 ppi, запазвайки 6 инча. Този формат е много популярен, използван от най-добрите съвременни модели електронни четци.
• Kaleido: Тази технология пристигна през 2019 г. с версия Plus през 2021 г. и версия Kaleido 3 през 2022 г. Те са подобрения на цветния екран, базирани на панели в сивата скала чрез добавяне на слой с цветен филтър. Версията Plus подобрява текстурата и цвета за по-ясно изображение, а Kaleido 3 предлага много по-ярки цветове, с 30% по-висока наситеност на цветовете от предишното поколение, 16 нива на сивата скала и 4096 цвята.
• Галерия 3: Това е най-новият модел и току-що пристигнал през 2023 г., базиран е на ACeP (Advanced Color ePaper) за постигане на по-пълни цветове и с един слой електрофоретична течност, контролирана от напрежения, съвместими с търговските TFT задни платки. Това е технология за цветно електронно мастило, която подобрява времето за реакция, тоест времето, необходимо за промяна от един цвят на друг. Например, от бяло до черно само за 350 ms, а между цветовете, в зависимост от качеството, може да премине от 500 ms до 1500 ms. В допълнение, те идват с предна светлина ComfortGaze, която намалява количеството синя светлина, отразена върху повърхността на екрана, така че да можете да заспите по-добре и да не причинявате толкова много напрежение на очите.

Бъдеще

Plastic Logic Germany е компания (разработчик + фабрика), която възниква като отделен проект на лабораторията Кавендиш в университета в Кеймбридж. Основана е през 2000 г. от Ричард Френд, Хенинг Сирингхаус и Стюарт Еванс. Компанията е специализирана в разработката и производството на електрофоретични екрани (EPD), базиран на технология за органични тънкослойни транзистори (OTFT), в Дрезден, Германия. Благодарение на тях информацията може да бъде представена както на конвенционален екран, така и на гъвкав панел. Има голям принос в областта на настоящите гъвкави екрани и изглежда, че те ще бъдат бъдещето, както виждаме в много случаи. Комбинирането на тази технология с ePaper или e-Ink ще доведе до елементи, много подобни по тегло и гъвкавост на листове хартия, с всичките им приложения и предимства...