e-Ink: všetko, čo potrebujete vedieť o obrazovkách elektronických čítačiek

Obrazovky zohrávajú kľúčovú úlohu v našej každodennej interakcii s technológiou a okrem iných problémov môžu poškodiť zrak alebo spôsobiť únavu očí. Aby sa to nestalo, kým si budete vychutnávať čítanie svojej obľúbenej elektronickej knihy, mali by ste si vybrať obrazovky s touto technológiou, o ktorej vám dnes povieme. Medzi rôznymi dostupnými zobrazovacími technológiami e-Ink obrazovky alebo elektronický atrament, si získali obľubu vďaka svojej jedinečnej sade funkcií, ktoré zlepšujú zážitok čitateľa a približujú ho čítaniu na papieri tak, ako je to len možné.

Ale... naozaj viete, čo sú zač?

Čo je to e-Ink alebo ePaper?

Môže sa nazývať rôznymi názvami, ako napr elektronický papier alebo ePaper, alebo tiež známy ako elektronický atrament alebo e-Ink. Bez ohľadu na to, ako to nazývate, ide o typ zobrazovacieho panela, ktorý napodobňuje vzhľad bežného atramentu na papieri. Na rozdiel od bežných plochých displejov, ktoré vyžarujú svetlo, displej s elektronickým papierom odráža okolité svetlo, rovnako ako papier. Vďaka tomu sa môžu pohodlnejšie čítať a poskytujú širší pozorovací uhol ako väčšina displejov vyžarujúcich svetlo. Kontrastný pomer na dostupných elektronických displejoch sa približuje pomeru novín a novo vyvinuté displeje sú o niečo lepšie. Ideálnu obrazovku elektronického papiera je možné čítať na priamom slnečnom svetle bez toho, aby sa zdálo, že obraz vybledne, ako sa to stáva pri mnohých iných zariadeniach, ako sú tablety, smartfóny, počítače atď.

Mnoho technológií elektronického papiera uchovávať text a statické obrázky na neurčito bez elektriny. Vďaka tomu sú ideálne aj pre mobilné zariadenia, ktoré sú závislé od batérie, takže autonómiu môžete predĺžiť na dni alebo týždne v závislosti od celkovej spotreby hardvéru zariadenia.

Ako funguje e-Ink alebo ePaper

Nedá sa to zovšeobecňovať spôsob fungovania elektronických atramentových obrazoviek alebo e-Ink, keďže existuje veľa technológií a každá funguje inak, ako uvidíme neskôr v sekcii typov. Ale napr, Prostredníctvom elektroforézy, keď sa na mikrokapsulu aplikuje elektrické pole, sa nabité častice pohybujú smerom k opačne nabitej elektróde. Napríklad, ak je spodná elektróda kladná, čierne častice sa budú pohybovať nadol a biele častice nahor.

• Mikrokapsuly: Sú zložené z miliónov mikrokapsúl, z ktorých každá má približne rovnakú šírku ako ľudský vlas. Každá mikrokapsula obsahuje nabité častice suspendované v čírej tekutine. Tieto kapsuly sú rozmiestnené po celom paneli alebo obrazovke. Vo vnútri každej mikrokapsuly sú biele častice, ktoré nesú kladný náboj a čierne častice, ktoré nesú záporný náboj. Jednoduchá obsluha, sú polarizované podľa elektrického náboja pre zobrazenie textu a obrazu, čiernobielo. Týmto spôsobom môžete vidieť čiernu alebo bielu bodku alebo pixel...

Jednou z kľúčových vlastností e-Ink displejov je ich bistabilitu. To znamená, že po vytvorení obrazu nie je potrebná žiadna energia na jeho udržanie. Obraz zostane na obrazovke aj po odpojení napájania. Z toho vyplýva jeho nízka spotreba v porovnaní s bežnými obrazovkami.

V dnešnej dobe technika pokročila, takže sú také farebné obrazovky, pokročilejší a dokáže zobraziť množstvo farieb na zobrazenie obrázkov z kníh, komiksov atď.

trocha histórie

Hoci sa to môže zdať celkom nedávne, pravdou je, že história týchto obrazoviek siaha niekoľko desaťročí späť, konkrétne do 1970. rokov minulého storočia, kedy Nick Sheridon z výskumného centra Xerox Palo Alto vyvinul prvý elektronický papier s názvom Gyricon. Tento inovatívny materiál pozostával z polyetylénových guľôčok, ktoré sa mohli voľne otáčať, pričom zobrazovali bielu alebo čiernu stranu v závislosti od polarity aplikovaného napätia, čím vytvárali vzhľad elektricky ovládaného čierneho alebo bieleho pixelu.

Napriek tomuto pokroku sa myšlienka obrazovky s nízkou spotrebou energie, ktorá napodobňovala papier, zhmotnila až o desaťročia neskôr. Bol fyzik Joseph Jacobson počas postdoktorandského štúdia na Stanfordskej univerzite, ktorý si predstavil viacstranovú knihu, ktorej obsah sa dá zmeniť stlačením tlačidla a ktorá si vyžaduje malú energiu na ovládanie.

Jacobsona prijal Neil Gershenfeld do mediálneho laboratória MIT v roku 1995. Jacobson tam zamestnal dvoch vysokoškolákov MIT, Barretta Comiskeyho a JD Alberta, aby vytvorili potrebnú zobrazovaciu technológiu. aby sa vaša vízia stala skutočnosťou.

Prvotné zameranie bolo tvoriť malé gule, ktoré boli napoly biele a napoly čierne, ako napríklad Gyricon od Xeroxu. Tento prístup sa však ukázal ako značná výzva. Počas svojich experimentov Albert náhodou vytvoril niekoľko úplne bielych gúľ. Comiskey experimentoval s naložením a zapuzdrením týchto bielych častíc do mikrokapsúl zmiešaných s tmavým farbivom. Výsledkom bol systém mikrokapsúl, ktoré bolo možné aplikovať na povrch a nabíjať nezávisle, aby vytvorili čiernobiele obrázky.

En V roku 1996 MIT podala prvý patent na mikroenkapsulovaný elektroforetický displej. Výhoda mikrozapuzdreného elektroforetického displeja a jeho potenciál splniť praktické požiadavky elektronického papiera sa považovali za veľký prelom, okrem iného z hľadiska jeho použitia v čítacích zariadeniach. Technológia však bola v tejto dobe ešte primitívna a farebné displeje tohto typu neexistovali.

V roku 1997 Albert, Comiskey a Jacobson spolu s Russom Wilcoxom a Jerome Rubinom, založil E-Ink Corporation, dva mesiace pred Albertovou a Comiskeyho promóciou. Odvtedy sa technológia e-Ink neustále vyvíja, nachádza uplatnenie v rôznych zariadeniach a transformuje našu interakciu s digitálnou technológiou...

Táto spoločnosť Taiwanská spoločnosť, ktorá vyrába a distribuuje obrazovky elektroforéza, ťažila z niekoľkých pohybov, aby sa stala dominantnou v tomto sektore. Napríklad v roku 2005 Philips predal obchod s elektronickým papierom Prime View International (PVI), výrobcovi so sídlom v Hsinchu na Taiwane. V roku 2008 spoločnosť E Ink Corp. oznámila počiatočnú dohodu o kúpe PVI za 215 miliónov dolárov, čo je suma, ktorá po rokovaniach nakoniec dosiahla 450 miliónov dolárov. Spoločnosť E-Ink bola oficiálne získaná 24. decembra 2009. Kúpou spoločnosti PVI sa rozšíril rozsah výroby displeja elektronického papiera E-Ink. PVI sa po kúpe premenovala na E Ink Holdings Inc. V decembri 2012 získala spoločnosť SiPix, konkurenčnú spoločnosť na výrobu elektroforetických displejov, aby posilnila svoje dnešné vedúce postavenie.

Aplikácie e-Ink Screen

S pokrokom a vyspelosťou tejto technológie mnohé spoločnosti začali vyvíjať alebo získavať obrazovky tohto typu od svojich dodávateľov, aby ich mohli používať v mnohých aplikáciách, hoci najznámejšie sú elektronické čítačky, pravdou je, že existujú pokusy a aplikácie v iných sektoroch:

• Flexibilné obrazovky: pretože táto technológia sa dobre prispôsobuje pevným panelom a tiež tým, ktoré sa dajú ohýbať. Môže byť napríklad použitý pre niektoré flexibilné mobilné zariadenia alebo nositeľné zariadenia, ako sú lacné Motorola F3, Samsung Alias ​​​​2, YotaPhone, Hisense A5c, ktoré používajú e-Ink obrazovku namiesto LCD, alebo Seiko's Spectrum SVRD001, Sharp Pebble atď.
• čítačky elektronických kníh: ako sme už spomínali, ako tie, ktoré máme na tejto stránke, od rôznych značiek Sony, Kindle, Kobo, Onyx atď. Okrem toho už existujú ako klasické obrazovky a dotykové obrazovky, tak aj farebné obrazovky alebo obrazovky citlivé na elektronické perá.
• Notebooky a PC monitory: Hoci to nie je bežné, existuje niekoľko špeciálnych modelov, ako napríklad Lenovo ThinkBook Plus, s obrazovkou e-Paper. Vidíme tiež veľa tabletov so systémom Android, ktoré používajú tento typ obrazovky na vytváranie zariadení 2 v 1 alebo hybridov medzi čítačkou elektronických kníh a tabletom.
• elektronické noviny: Flámsky denník De Tijd distribuoval aj elektronickú verziu svojich papierových novín v limitovanej verzii s použitím predbežnej verzie iRex iLiad. Niektoré ďalšie príklady prídu neskôr.
• Smart karty a periférie- Niektoré smart karty môžu tiež používať tento typ e-atramentových displejov s nízkou spotrebou, ako napríklad tie, ktoré vyrába Nagra ID a vývoj od Innovative Card Technologies a nCryptone. Používali sa aj pre niektoré ďalšie periférie, ako napríklad USB kľúče s obrazovkami.
• Verejné informačné panely: Môžu byť tiež použité na zníženie spotreby elektronických panelov alebo obrazoviek, ktoré zobrazujú informácie na letiskách, železničných staniciach, diaľničných paneloch, značkách atď.
• Iné: Máme aj ďalšie možnosti využitia, ako sú elektronické štítky s e-Ink obrazovkou, inteligentné oblečenie, klávesnice ako od Dvořáka, hry atď.

Technológie zobrazovania elektronického papiera

Čo sa týka existujúcich technológií, môžeme rozlišovať medzi viacerými, a to ako na základnej úrovni, tak aj vo verziách spoločnosti e-Ink Corporation:

Typy panelov

Medzi typy technológií ktoré boli v priebehu času vyvinuté na implementáciu obrazoviek e-Ink, musíme zdôrazniť:

• Gyricon: Elektronický papier bol prvýkrát vyvinutý v 1970. rokoch minulého storočia Nickom Sheridonom vo výskumnom stredisku Xerox v Palo Alto. Prvý elektronický papier s názvom Gyricon pozostával z polyetylénových guľôčok s veľkosťou medzi 75 a 106 mikrometrami. Každá guľa je Janusova častica zložená zo záporne nabitého čierneho plastu na jednej strane a kladne nabitého bieleho plastu na druhej strane. Guľôčky sú vložené do fólie z priehľadného silikónu, pričom každá guľa je zavesená v olejovej bubline, aby sa mohla voľne otáčať. Polarita napätia aplikovaného na každý pár elektród určuje, či biela alebo čierna strana smeruje nahor, čím dáva pixelu biely alebo čierny vzhľad. V roku 2007 estónska spoločnosť Visitret Displays vyvíjala tento typ displeja s použitím polyvinylidénfluoridu (PVDF) ako materiálu pre gule, čím sa dramaticky zvýšila rýchlosť videa a znížilo sa potrebné riadiace napätie.
• EPD (elektrosférický displej): Elektroforetický displej vytvára obrazy preskupením nabitých pigmentových častíc pomocou elektrického poľa. V najjednoduchšej implementácii EPD sú častice oxidu titaničitého v priemere asi jeden mikrometer dispergované v uhľovodíkovom oleji. Do oleja sa pridáva aj tmavo sfarbené farbivo spolu s povrchovo aktívnymi látkami a nabíjacími činidlami, ktoré spôsobujú, že častice získavajú elektrický náboj. Táto zmes sa umiestni medzi dve rovnobežné vodivé platne oddelené priestorom 10 až 100 mikrometrov. Keď sa na obe platne privedie napätie, častice elektroforeticky migrujú na platňu nesúcu opačný náboj ako majú častice. Keď sú častice umiestnené na prednej (sledovacej) strane obrazovky, objaví sa biela, pretože svetlo je rozptýlené späť k divákovi pomocou titánových častíc s vysokým indexom. Keď sú častice umiestnené na zadnej strane obrazovky, zdá sa, že je tmavá, pretože svetlo je absorbované farebným odtieňom. Ak je zadná elektróda rozdelená na sériu malých obrazových prvkov (pixelov), potom je možné vytvoriť obraz privedením vhodného napätia na každú oblasť obrazovky, aby sa vytvoril vzor reflexných a absorbujúcich oblastí. EPD sú zvyčajne adresované pomocou technológie tenkých filmových tranzistorov (TFT) na báze MOSFET.
• Mikroenkapsulované elektroforetikum: V 1990. rokoch XNUMX. storočia tím vysokoškolákov MIT skoncipoval a prototypoval nový typ elektronického atramentu založeného na mikrozapuzdrenom elektroforetickom displeji pochádzajúcom od E-Ink Corp a používaného európskou spoločnosťou Philips. Táto technológia využíva mikrokapsuly naplnené elektricky nabitými bielymi časticami suspendovanými vo farebnom oleji. Základné obvody riadia, či sú biele častice v hornej časti kapsuly (takže sa to divákovi javí ako biele) alebo v spodnej časti kapsuly (takže divák vidí farbu oleja). Táto technológia umožnila, aby bola obrazovka vyrobená z flexibilných plastových dosiek namiesto skla. Novšia implementácia tohto konceptu vyžaduje len vrstvu elektród pod mikrokapsulami.
• Elektrozmáčací displej (EWD): je technológia, ktorá riadi tvar ohraničeného rozhrania voda/olej prostredníctvom aplikovaného napätia. Bez napätia vytvára (farebný) olej plochý film medzi vodou a hydrofóbnym izolačným povlakom elektródy, výsledkom čoho je farebný pixel. Privedením napätia medzi elektródu a vodu sa zmení medzipovrchové napätie medzi vodou a povlakom, čo spôsobí, že voda vytlačí olej, čím sa vytvorí čiastočne priehľadný alebo biely pixel, ak je pod prepínateľným prvkom biely reflexný povrch. Displeje založené na elektrozmáčaní ponúkajú niekoľko atraktívnych funkcií. Prepínanie medzi bielym a farebným odrazom je dostatočne rýchle na zobrazenie video obsahu. Ide o technológiu s nízkou spotrebou a nízkym napätím a displeje založené na efekte môžu byť ploché a tenké. Odrazivosť a kontrast sú lepšie alebo rovnaké ako u iných typov reflexných displejov a približujú sa vizuálnym kvalitám papiera. Okrem toho táto technológia ponúka jedinečnú cestu k plnofarebným displejom s vysokým jasom, čo vedie k displejom, ktoré sú štyrikrát jasnejšie ako reflexné LCD a dvakrát jasnejšie ako iné vznikajúce technológie. Namiesto použitia červených, zelených a modrých (RGB) filtrov alebo striedajúcich sa segmentov troch základných farieb, ktoré efektívne vedú k tomu, že iba jedna tretina displeja odráža svetlo v požadovanej farbe, elektrozmáčanie umožňuje systém, v ktorom je sub-pixel môže nezávisle meniť dve rôzne farby. Výsledkom je, že dve tretiny zobrazovacej plochy sú k dispozícii na odrážanie svetla v akejkoľvek požadovanej farbe. To je dosiahnuté skonštruovaním pixelu s hromadou dvoch nezávisle ovládateľných farebných olejových filmov plus farebný filter. Farby sú azúrová, purpurová a žltá (RGB), čo je subtraktívny systém, porovnateľný s princípom používaným pri atramentovej tlači. V porovnaní s LCD sa jas získa, pretože nie sú potrebné polarizátory.
• Elektrofluidika: je variantom displeja EWD, ktorý umiestňuje disperziu vodného pigmentu do malého zásobníka. Tento nános tvorí menej ako 5 až 10 % plochy viditeľného pixelu, a preto je pigment v podstate skrytý. Napätie sa používa na elektromechanickú extrakciu pigmentu zo zásobníka a jeho šírenie ako filmu priamo za substrát displeja. Vďaka tomu displej získa farbu a jas podobný bežným pigmentom vytlačeným na papieri. Keď je napätie odstránené, povrchové napätie kvapaliny spôsobí, že sa disperzia pigmentu rýchlo stiahne do zásobníka. Táto technológia môže potenciálne poskytnúť viac ako 85% odrazivosť bieleho stavu pre elektronický papier. Základná technológia bola vynájdená v laboratóriu nových zariadení na univerzite v Cincinnati a existujú funkčné prototypy vyvinuté v spolupráci so spoločnosťami Sun Chemical, Polymer Vision a Gamma Dynamics. Má veľkú rezervu v kritických aspektoch, ako je jas, sýtosť farieb a čas odozvy. Pretože opticky aktívna vrstva môže mať hrúbku menšiu ako 15 mikrometrov, existuje veľký potenciál pre rolovateľné displeje.
• Interferometrický modulátor (Mirasol): Interferometrický modulátor je technológia používaná v elektronických vizuálnych displejoch, ktorá dokáže vytvárať rôzne farby interferenciou odrazeného svetla. Farba sa vyberá pomocou elektricky spínaného modulátora svetla, ktorý obsahuje mikroskopickú dutinu, ktorá sa zapína a vypína pomocou riadiacich integrovaných obvodov podobných tým, ktoré sa používajú na ovládanie LCD.
• Elektronicko-plazmmonický displej: je technológia, ktorá využíva plazmónové nanoštruktúry s vodivými polymérmi. Táto technológia sa vyznačuje širokým rozsahom farieb, vysokým odrazom nezávislým od polarizácie (>50%), silným kontrastom (>30%), rýchlou dobou odozvy (stovky ms) a dlhodobou stabilitou. Okrem toho má mimoriadne nízku spotrebu energie (<0.5 mW/cm2) a potenciál pre vysoké rozlíšenie (>10000 XNUMX dpi). Keďže ultratenké metapovrchy sú flexibilné a polymér mäkký, celý systém sa môže ohnúť. Požadované budúce vylepšenia tejto technológie zahŕňajú bistabilitu, lacnejšie materiály a implementáciu s TFT matricami. A na tento účel sa skladá z dvoch kľúčových prvkov alebo častí:
  • Prvým je vysoko reflexný metapovrch vyrobený z kov-izolátor-kovové filmy s hrúbkou desiatok nanometrov, ktoré obsahujú otvory v nanometrovej mierke. Tieto metapovrchy môžu odrážať rôzne farby v závislosti od hrúbky izolátora. Štandardnú farebnú schému RGB možno použiť ako pixely pre plnofarebné displeje.
  • Druhou časťou je polymér s optickou absorpciou regulovateľnou elektrochemickým potenciálom. Po pestovaní polyméru na plazmonických metapovrchoch môže byť odraz metapovrchov modulovaný aplikovaným napätím.
• reflexný LCD: Ide o technológiu podobnú klasickému LCD, ale podsvietený panel je nahradený reflexným povrchom.

Existujú aj ďalšie technológie vyvinuté alebo vo vývoji, hoci vyššie uvedené sú najdôležitejšie. Výskumníci napríklad vynakladajú veľké úsilie na použitie organických tranzistorov zabudovaných do flexibilných substrátov, zjednodušenie farebných displejov pomocou optiky atď.

verzie e-Ink

Vždy odporúčam zvoliť elektronické čítačky s e-Ink obrazovkami namiesto LCD obrazoviek. Dôvodom je, že e-ink nielenže menej unavuje vaše oči, ale poskytuje vám aj zážitok z čítania podobný tomu zo skutočného papiera, navyše spotrebuje oveľa menej energie ako tradičné obrazovky. Pri výbere obrazovky e-Ink alebo e-paper by ste mali vedieť, že existujú rôzne verzie technológií dostupné dnes patentované spoločnosťou e-Ink Holdings, ako napríklad:

• Vizplex: Išlo o prvú generáciu e-ink displejov, ktoré v roku 2007 používali niektoré veľmi populárne značky.
• Perla: Toto vylepšenie bolo predstavené o tri roky neskôr a použil ho Amazon pre svoj Kindle, ako aj v iných modeloch ako Kobo, Onyx a Pocketbook.
• Mobius: Podobá sa predchádzajúcim, ale obsahuje vrstvu priehľadného a pružného plastu na obrazovke, aby lepšie odolávala otrasom. Čínska spoločnosť Onyx bola jednou z tých, ktorá používala túto obrazovku.
• Triton: Prvýkrát bola predstavená v roku 2010, aj keď druhá vylepšená verzia bola vydaná v roku 2013. Táto technológia po prvýkrát zahŕňala farby v displejoch s elektronickým atramentom, so 16 odtieňmi sivej a 4096 farbami. Pocketbook bol jedným z prvých, ktorí ho použili.
• Letter a Letter HD: Boli vydané v roku 2013 a existujú dve rôzne verzie. e-Ink Carta má rozlíšenie 768 × 1024 px, veľkosť 6″ a hustotu pixelov 212 ppi. Pokiaľ ide o verziu e-Ink Carta HD, zvýši sa na rozlíšenie 1080 x 1440 px a 300 ppi pri zachovaní 6 palcov. Tento formát je veľmi populárny, používajú ho najlepšie súčasné modely elektronických čítačiek.
• Kaleido: Táto technológia prišla v roku 2019, s verziou Plus v roku 2021 a verziou Kaleido 3 v roku 2022. Ide o vylepšenia farebnej obrazovky založenej na paneloch v odtieňoch sivej pridaním vrstvy s farebným filtrom. Verzia Plus zlepšila textúru a farby pre čistejší obraz a Kaleido 3 ponúka oveľa živšie farby s o 30 % vyššou sýtosťou farieb ako predchádzajúca generácia, 16 úrovňami odtieňov sivej a 4096 farbami.
• Galéria 3: Je to najnovší model a práve prišiel v roku 2023, je založený na ACeP (Advanced Color ePaper) na dosiahnutie úplnejších farieb a s jednou vrstvou elektroforetickej tekutiny riadenou napätím kompatibilným s komerčnými TFT prepojovacími plochami. Ide o farebnú technológiu e-Ink, ktorá zlepšuje čas odozvy, teda čas potrebný na zmenu jednej farby na druhú. Napríklad z bielej na čiernu len za 350 ms a medzi farbami v závislosti od kvality môže ísť od 500 ms do 1500 XNUMX ms. Navyše sa dodávajú s predným svetlom ComfortGaze, ktoré znižuje množstvo modrého svetla odrazeného od povrchu obrazovky, aby sa vám lepšie zaspávalo a nespôsobovalo toľko namáhania očí.

Budúce

Plastic Logic Germany je spoločnosť (vývojár + továreň), ktorá vznikla ako spin-off projekt Cavendish Laboratory na University of Cambridge. V roku 2000 ju založili Richard Friend, Henning Sirringhaus a Stuart Evans. Spoločnosť sa špecializuje na vývoj a výrobu elektroforetické obrazovky (EPD), založený na technológii organických tenkých tranzistorov (OTFT) v Drážďanoch v Nemecku. Vďaka nim mohli byť informácie zobrazené ako na bežnej obrazovke, ale na flexibilnom paneli. Veľký prínos na poli súčasných flexibilných obrazoviek a zdá sa, že budú budúcnosťou, ako to vidíme v mnohých prípadoch. Kombinácia tejto technológie s ePaper alebo e-Ink bude mať za následok prvky veľmi podobné hmotnosti a flexibilite ako listy papiera, so všetkými ich aplikáciami a výhodami...