Электронные чернила

Введение

Корпорация E-Ink, размещенная в Кембридже, Штате Массачусетс, была создана в 1997 году, с целью развития и внедрению новых средств визуальной коммуникации. Разработанные немного ранее, но все в том же 97 году массачусетскими учеными, так называемые, электронные чернила послужили поводом для ее создания.

Технологи electronic ink display (EID – дисплеев на электронных чернилах) должна была решить проблемы полноценного информационного общения пользователей различных электронных устройств с миром, комбинируя привычный способ чтения информации с экранов, словно с бумаги, с возможностью доступа к «свежей» информации с помощью мобильных устройств. Целью E-Ink было создание электронного дисплея, который по своим визуально-изобразительным характеристикам походил на обычные бумажные страницы. То есть обеспечивал хорошую «читабельность», был тонким и гибким.

Технология

Как утверждают в E-Ink, своим появлением на свет, электронные чернила обязаны удачному «слиянию» знаний в области химии, физики и электроники. Электронные чернила – составляющее вещество, заполняющее тонкую пленку для дальнейшей интеграции ее на электронные дисплеи. Главным компонентом чернил является миллионы микрокапсул диаметром примерно с человеческий волос. Микрокапсулы таких чернил содержат заряженные частицы диоксида титана (чистого белого цвета) и черные частицы с противоположным зарядом, остальное пространство капсулы заполнено прозрачной жидкостью. Когда внешняя(верхняя) сторона пленки получает отрицательный заряд, а обратная(нижняя) сторона соответственно – положительный, то под действием образованного электрического поля, черные и белые частицы начинают перемещаться. Белые перемещаются вверх, и становятся видимыми для пользователя, причем еще и закрывают собой черные частицы, которые в свою очередь притягиваются к нижней положительно заряженной стороне пленки. При инверсии электрического поля получаем противоположный эффект, то есть видимым будет черный цвет.

Возможна также ситуация неоднородного значения цвета капсулы. Эта особенность позволяет достичь очень высокого разрешения. Поскольку оперирование происходит на уровне отдельных частиц микрокапсулы, то это означает, что фактически разрешение экрана определяется разрешением электронной матрицы, управляющей состоянием капсул. Таким образом, при изготовлении не нужно учитывать форму или размеры капсул, а также однородность цвета каждой из них, что значительно удешевляет производство.

Электронные чернила изготавливаются в тонкопленочных пластиковых листах, которые затем наслаиваются на электрическую матрицу. Матрица, управляемая драйвером устройства, формирует электрические потенциалы соответственно прорисовываемому рисунку. Электронные чернила могут быть нанесены практически на любую поверхность включая стекло, пластик и даже обычную бумагу.

Преимущества

Среди ключевых преимуществ электронных чернил над другими видами дисплеев E-Ink выделяет:

• Подобие дисплеев на электронных чернилах обычным бумажным носителям, что безусловно делает работу с ними более комфортной и естественной. Напрочь отсутствует мерцание, «плавание» изображения, нечеткость символов и линий (недостаток характерный для ЭЛТ-мониторов). Восприятие E-Ink мониторов не зависит от того под каким углом пользователь смотрит на экран.

• Область применения. Электронные чернила могут быть нанесены практически на любую поверхность. Также можно реализовать дисплеи очень больших размеров, за сравнительно небольшую стоимость.

• Малая энергопотребляемость. После приложения электрического импульса, сформировавшееся изображение остается неизменным на протяжении очень долгого времени (порядка нескольких недель) без каких-либо внешних воздействий или затрат энергии. Это означает что потребляемая устройством мощность зависит только от частоты обновления картинки на экране.

• Гибкость. Кроме того, производители убеждают, что прототипы E-Ink весьма ударопрочные и долговечные.

• Толщина. Дисплей E-Ink имеет толщину порядка 0,3 мм, тогда как традиционные активно-матричные панели не изготавливаются тоньше 2 мм, а если еще нужна подсветка, то толщина порой доходит до 4 мм.

Таблица 1

Измерения проводились при нормальном положении детектора (0°) с использованием рассеянного источника света, падающего под углом в 45°.

Таблица 2

Данные по ЖК-дисплеям получены из описаний коммерческих продуктов; данные по дисплеям на электронных чернилах просчитаны инженерами E Ink Corp; все данные приблизительны и лишь помогают оценить порядок величин. Разрешение QVGA - 320x240, SVGA - 800х600.

Достижения и перспективы

Партнерами E-Ink на сегодняшний день являются такие крупные компании как TOPPAN Printing Company, Royal Philips Electronics, Air Products and Chemicals, Lucent/Bell Labs, Vossloh Information Technologies GmbH.

20 ноября 2000 года E-Ink Corporation и Lucent Technologies представили миру первый гибкий бумагоподобный электрический дисплей. Дисплей площадью в 25 квадратных дюймов, имел несколько сотен пикселей.

30 мая 2001 года был анонсирован выход первых цветных дисплеев на электронных чернилах. Цветов добились с помощью применения светофильтров.

На сегодняшний день максимальное разрешение составляет 160 пикселей на дюйм.

На сентябрь месяц 2003 года уже существуют технологии позволяющие демонстрировать движущееся изображение в цвете. Специалисты исследовательской лаборатории компании Philips в Эйндховене, Нидерланды, достигли новых высот в создании электронных чернил и бумаги. Роберт Хэйс и Йохан Фенстра разработали новую модификацию электронных чернил, пригодных для демонстрации динамических изображений, вплоть до видеоклипов. Разработанные ранее черно-белые электронные чернила обладают достаточно высокой инерционностью и могут использоваться только для вывода статических изображений.

Работа новой модификации электронной бумаги основана на эффекте электросмачивания – изменения свойств поверхности по отношению к воде под действием электрического тока. В качестве элементов изображений используются миниатюрные капсулы. Капсула состоит из белой подложки, на которую нанесена прозрачная токопроводящая пленка, а на эту пленку нанесен полимерный материал, свойствами поверхности которого можно управлять электрически. В нижнюю часть капсулы помещается крошечная капля черных или цветных чернил, остальное пространство капсулы заполняется водой. Чернила выполнены на масляной основе и не смешиваются с водой.

При отсутствии тока полимерный материал проявляет гидрофобные свойства, то есть отталкивает воду. В результате, чернила растекаются по поверхности водной капли и пиксель принимает цвет чернил. При подаче на капсулу тока поверхность полимера становится гидрофильной и поглощает воду из капсулы. Капля чернил при этом уменьшается до первоначальных размеров и становится невидимой. Пиксель при этом принимает цвет подложки, в данном случае белый. Важной особенностью технологии является возможность плавного управления цветом пикселя с помощью плавного регулирования напряжения.

Полученная в результате электронная бумага обладает коротким временем реакции – всего 10 мс. Это позволяет с успехом демонстрировать на электронной бумаге видеоизображения. В перспективе, исследователи надеются создать полноцветную электронную бумагу, используя стандартную схему смешения цветов RGB. Каждая капсула будет выполняться из трех отделений, и в каждом из них будут использоваться чернила двух цветов, которые в зависимости от подаваемого тока будут находиться либо под, либо над подложкой. У каждого отделения капсулы будут светофильтры, реализующие третий цвет набора RGB. Управляя отделениями капсулы, можно будет гибко регулировать цвет пикселя.