Sähköinen paperi

Elektroninen paperi ( eng.  e-paper, electronic paper ; myös electronic ink , eng.  e-ink ) on tietojen näyttötekniikka, joka on suunniteltu simuloimaan tavanomaista paperille tulostamista ja joka perustuu elektroforeesi -ilmiöön . Toisin kuin transflektiiviset LCD -näytöt , jotka muodostavat kuvan, jossa on ylimääräinen heijastava kerros ja jotka vaativat jatkuvaa sähkönsyöttöä pikselien läpinäkyvyyden ylläpitämiseksi, sähköinen paperi muodostaa kuvan heijastuneessa valossa kuten tavallinen paperi ja voi tallentaa kuvan tekstiä ja grafiikkaa tietyksi ajaksi tarpeeksi pitkään kuluttamattasähköenergiaa ja kuluttaa se vain kuvan vaihtamiseen. Toisin kuin perinteisessä paperissa, tekniikan avulla voit muuttaa tallennettua kuvaa mielivaltaisesti.

Kehityshistoria

Elektronista paperia kehitettiin tietojen näyttölaitteiden parantamiseksi. LCD-näytöt olivat jo elektronisen paperin luomisen aikaan yksi taloudellisimmista laitteista, sillä niiden kulutus oli staattisessa tilassa mikroampeerien yksikköjen tasolla ja jopa vähemmän, eivätkä ne vaatineet energiaa valon lähettämiseen, koska ne olivat valoa. moduloivat laitteet. Mutta ensinnäkin, niillä oli suuria valohäviöitä, koska niiden suunnittelussa oli kaksi polarisaattoria ja "on" LCD -näyttöjen suhteellisen pieni optinen tiheys  - mikä johtaa melko alhaiseen kirkkauteen tuloksena olevan kuvan kontrastilla ja melko pienellä katselukerralla. kulma; toiseksi, he eivät voineet tallentaa näytettävää tietoa: vaikka tämä tehtävä voitaisiin siirtää staattisesti taloudellisiin CMOS - elementteihin, koska tämän tyyppisillä näytöillä itsellään on alhainen kulutus staattisessa tilassa käytännössä käytettyjen LCD-näyttöjen molekyylien fysikaalis-kemiallisista ominaisuuksista johtuen. molekyylien tuhoutumisen välttämiseksi tarvitaan vaihtojännitesyöttö (dynaaminen tila), joka LCD-kennon kapasitiivisuudesta johtuen johtaa tuntuvaan virrankulutuksen kasvuun tai, jos kyseessä ovat erityiset tasavirtaa kestävät LCD-näytöt. , johti suurten näyttöjen laitepiirien voimakkaaseen monimutkaisuuteen - taloudellisesti perusteeton tuolloin saatavilla olevan tekniikan rajoitusten vuoksi. [yksi]

"Sähköisen paperin" teknologian luomisen oli tarkoitus voittaa nämä rajoitukset. Siinä oleva kuva muodostuu samalla tavalla kuin kirjoitettaessa tavalliselle paperille lyijykynällä - kiinteät pigmenttihiukkaset (c) mikrorakennemateriaalilla, joka hajottaa valoa kuten paperikuituja, minkä ansiosta katselukulma on lähes sama kuin tavallisella. paperi - ylittää paljon litteiden nestekidenäyttöjen. Elektroninen paperi on myös valoa moduloiva laite luontaisine positiivisin ominaisuuksineen ja toimii puhtaassa muodossaan heijastuneessa valossa ilman valovirran välimuutoksia [2]  - kuten tavallinen arkki, jossa on painettu teksti tai kuva, jonka seurauksena tuloksena olevan kuvan korkea kirkkaus ja kontrasti saavutetaan. Muistivaikutus saadaan aikaan, kun van der Waalsin voimat pitävät pigmenttihiukkasia kiinteän kappaleen (substraatin) pinnalla [3] .

Teknisesti tarkka termi on elektroforeettinen indikaattori, koska lähes kaikissa tämän tekniikan muunnelmissa käytetään elektroforeesi -ilmiötä [3] .

Tekniikka

Nick Sheridon kehitti ensimmäisen kerran elektronisen paperin Xeroxin Palo Alton tutkimuskeskuksessa 1970 - luvulla . Ensimmäinen elektroninen paperi, nimeltään Gyricon ( eng. Gyricon ), koostui polyeteenipalloista , joiden halkaisija oli 20-100 mikronia . Jokainen pallo koostui negatiivisesti varautuneesta mustasta puolikkaasta ja positiivisesti varautuneesta valkoisesta puolikkaasta [4] . Kaikki pallot asetettiin läpinäkyvään silikonilevyyn , joka täytettiin öljyllä, jotta pallot pääsivät pyörimään vapaasti. Jokaiseen elektrodipariin kohdistetun jännitteen napaisuus määritti kummalle puolelle pallo kääntyi, jolloin näyttöön tuli valkoinen tai musta piste [5] .    

Elektroninen muste

1990-luvulla JD Albert , Barrett Comiskey, Joseph Jacobson, Jeremy Rubin ja Russell Wilcox keksivät toisen tyyppisen sähköisen paperin. Myöhemmin he perustivat E Ink Corporationin , joka yhdessä Philipsin kanssa kehitti ja toi teknologian markkinoille kaksi vuotta myöhemmin.

Toimintaperiaate oli seuraava: sähköisesti varautuneita valkoisia hiukkasia laitettiin värillisellä öljyllä täytettyihin mikrokapseleihin. Varhaisissa versioissa taustalla oleva johdotus ohjasi sitä, olivatko valkoiset hiukkaset kapselin yläosassa (joten se oli valkoista katsojalle) vai alaosassa (katsoja näki öljyn värin) [6] . Itse asiassa kyseessä oli jo tunnetun elektroforeettisen (elektro- ja kreikan sanasta φορέω  - siirtää) näyttötekniikan uudelleenkäyttö, mutta kapseleiden käyttö mahdollisti näytön valmistamisen käyttämällä joustavia muovilevyjä lasin sijaan.

Monivärinen (monivärinen) elektroninen paperi

Tyypillisesti värillinen elektroninen paperi koostuu ohuista värillisistä optisista suodattimista [7] , jotka lisätään yllä kuvattuun yksiväriseen näyttöön. Pisteiden joukko on jaettu kolmioiksi, jotka koostuvat yleensä kolmesta vakioväristä CMYK : syaani , magenta ja keltainen. Toisin kuin taustavalaistuissa näytöissä, joissa käytetään RGB : tä ja värilisäystä, värit muodostetaan e-musteessa vähentämällä, kuten tulostuksessa.

Ensimmäinen yritys, joka onnistui tuomaan tällaisen teknologian markkinoille, on edelleen sama E Ink. Sen useita tuhansia värisävyjä tuottava Triton-matriisi on jo käytössä lukijoissa.

Vuoden 2011 alussa julkistettiin ensimmäinen eReader, joka käyttää Qualcommin kauan odotettua Mirasol-tekniikkaa. Yhdessä Kyobo book -yhtiön kanssa he toivat markkinoille tällä tekniikalla varustetun e-lukijan nimeltä Kyobo eReader. [kahdeksan]

Sähköisen paperin sukupolvet

Ensimmäinen sukupolvi

Ensimmäinen e-paperiteknologia, joka tulee massamarkkinoille.

  • VizPlex - 800x600, 16 harmaan sävyä. Kontrasti 7:1.
Toinen sukupolvi

Toisessa sukupolvessa vasteaikaa, virrankulutusta ja kontrastia parannettiin.

  • Helmi - 800x600, 16 harmaan sävyä. kontrasti 10:1;
  • Pearl HD - 1024x758, 16 harmaan sävyä. kontrasti 12:1;
  • Carta - jopa 2200x1650, 16 harmaan sävyä. Kontrasti 15:1.
Kolmas sukupolvi

Kolmannessa sukupolvessa ilmestyi värikuva.

  • Triton 1 - 800x600, jopa 4096 väriä (1600x1200 fyysinen resoluutio). Kontrastisuhde 10:1. Väripikselissä on 4 fyysistä pikseliä kunkin värisuodattimen alla: punainen, sininen, vihreä ja valkoinen;
  • Triton 2 - 800x600, jopa 4096 väriä (1600x1200 fyysinen resoluutio). Kontrastisuhde 10:1. Väripikseli koostuu kolmesta fyysisestä pikselistä: punainen, vihreä ja sininen.
Vaihtoehtoiset tekniikat

Sähköiset paperitekniikat ovat samanlaisia ​​kuin E-Ink, mutta toimivat hieman eri periaatteilla.

  • SiPix - 1024x768, 16 harmaan sävyä. Kontrasti 6:1. Tekniikka käyttää mustassa nesteessä kelluvia valkoisia hiukkasia kuvan muodostamiseen. Tällaisilla näytöillä on huono heijastavuus, minkä vuoksi kuva näyttää hieman valkealta.
  • Flex (toinen nimi - Mobius) - 2200x1650, 16 harmaan sävyä. Kontrastisuhde 10:1. Näytöissä on muovinen tausta ja ne voidaan taivuttaa ilman vaurioita työskennellessäsi. Tekniikan esitteli ensin LG ja sen osti sen jälkeen E Ink Corporation .

Edut ja haitat

Etuna on pidempi akunkesto, joka on parempi kuin muissa näytöllisissä elektronisissa laitteissa. Sähköiseen paperiin perustuva näyttö kuluttaa virtaa, kun näytettävät tiedot muuttuvat (kuten sivuja käännetään), kun taas tyypillinen LCD-näyttö kuluttaa virtaa koko ajan.

Tällä hetkellä e-paperipohjaisilla näytöillä on erittäin pitkät (suuruusluokkaa 200 ms vuonna 2011 [9] ) virkistysajat LCD -näyttöihin verrattuna . Tämä estää valmistajia käyttämästä monimutkaisia ​​interaktiivisia käyttöliittymäelementtejä (animoidut valikot ja hiiren osoittimet, vieritys ), joita käytetään laajasti kämmenmikroissa . Eniten tämä vaikuttaa sähköisen paperin kykyyn näyttää suurennettu pala suurta tekstiä tai kuvia pienellä näytöllä.

Toinen tämän tekniikan haittapuoli on näytön herkkyys mekaanisille vaurioille [10] , vaikka tämä ei koske kaikkia tällaisten näyttöjen muunnelmia. Itse asiassa E-inkillä E-ink Vizplex-, E-ink Pearl -tekniikoilla luomat näytöt perustuvat erittäin ohueen hauraaseen lasisubstraattiin, mutta E-ink Flex -tekniikassa lasisubstraatti korvataan muovilla ja sellaiset näytöt. voidaan jopa taivuttaa hieman. Ne ovat paljon vähemmän herkkiä iskuille ja muodonmuutoksille kuin E-ink Vizplex, E-ink Pearl [11] .

Silmien väsymiseen vaikuttavien vaikutusten vertailu LCD-näytölle ja E-musteelle

Vuonna 2013 tehtiin tutkimus, joka osoitti, että LCD-näytöltä lukeminen ( tutkimukseen osallistui Kindle Fire HD ) aiheuttaa enemmän silmien väsymistä kuin e-muste (esimerkiksi Kindle Paperwhite -tutkimuksen avulla ) tai paperikirjat [12] .

Aikaisemmassa vuonna 2012 tehdyssä tutkimuksessa, jossa myös verrattiin LCD-näyttöä ja E-mustetta, ei havaittu merkittäviä eroja näköön ja silmien väsymiseen kohdistuvissa vaikutuksissa [13] . Tutkimuksessa todettiin, että lukemisen kannalta tärkeämpää ei ollut itse tekniikka, vaan kuvanlaatu.

Sovellus

E-paperi on kevyttä, kestävää, ja siihen perustuvat näytöt voivat olla joustavia (tosin eivät yhtä joustavia kuin tavallinen paperi). Suunniteltuja sovelluksia ovat e-kirjat , joihin voidaan tallentaa monien kirjallisten teosten digitaalisia versioita, sähköiset kyltit, ulko- ja sisämainonta.

Teknologiayritykset keksivät uudenlaisia ​​sähköisiä papereita ja etsivät tapoja toteuttaa tämä tekniikka. Esimerkiksi nestekidenäyttöjen, sähkökromaattisten näyttöjen (älylasi) modifiointi sekä lasten lelun " Magic Screen " elektroninen vastine, jossa kuva näkyy johtuen kalvon tarttumisesta alustaan, jonka on kehittänyt Japanilainen Kyushun yliopisto. Yhdessä muodossa elektronisen paperin ovat kehittäneet Gyricon (kehrätty Xeroxilta ), Philips , Kent Displays ( kolesteriset näytöt ( eng.  cholesteric )), Nemoptic ( bistabilisi nematic ( eng. bistable nematic) -  BiNem -tekniikka), NTERA ( sähkökrominen NanoChromics -näytöt), E Ink ja SiPix Imaging ( elektroforeettinen ) ja monet muut.

Fujitsu esitteli e-paperiaan Tokion kansainvälisen foorumin näyttelyssä .

E Ink Corporation yhdessä Philipsin ja Sonyn kanssa on antanut suurimman panoksen sähköisen paperin käyttöönotossa ja popularisoinnissa. Lokakuussa 2005 se ilmoitti toimittavansa kehittäjäpaketteja, jotka koostuvat 6 tuuman 800 x 600 näytöistä 1. marraskuuta 2005 alkaen.

E-kirjat

E-ink-teknologian käyttöönotto sai aikaan merkittävän nousun e-kirjamarkkinoilla. Jo vuonna 2006 valmistettiin useita malleja. Joka vuosi julkistetaan paljon suurempi määrä prototyyppejä .

Sähköiset sanomalehdet

Helmikuussa 2016 belgialainen talouslehti De Tijd Antwerpenistä ilmoitti suunnitelmistaan ​​myydä lehden sähköinen versio valituille tilaajille. Se oli ensimmäinen sähköisen paperin sovellus. Vuoden 2007 alussa New York Times alkoi testata noin 300 omaa toimivaa sähköistä sanomalehteään [14] .

Puhelin näyttää

Vuonna 2006 Motorola esitteli Motorola F3 -puhelimen, joka käyttää segmentinäyttöä E Ink Corporationilta [15] . YotaDevices julkaisi myös venäläisen älypuhelimen Yotafon [16 ] .

Grafiikkatabletit

Vuoden 2013 lopulla tuli myyntiin Sony DPT-S1 , kannettava "digitaalinen paperijärjestelmä" yrityskäyttäjille, jossa on E Ink Corporationin 13,3 tuuman näyttö ja mahdollisuus lisätä käsinkirjoitettuja muistiinpanoja kynällä [17] .

Näytetään älykortissa

Katujulisteet ja -ilmoitukset

Japanilainen Toppan Printing testaa yhdessä sisäministeriön ja viestintäviraston kanssa sähköisiä paperijulisteita . 3,2 x 1,0 metrin kokoisen julisteen sähkönkulutuksen on raportoitu olevan 24 wattia [18] .

Sähköiset hintalaput

Vuodesta 2013-2014 lähtien sähköiset paperinäytöt ovat yleistyneet perinteisten hintalappujen korvikkeena vähittäiskaupoissa. Helmikuussa 2017 maailmassa on yli 15 sähköisten hintalappujen valmistajaa, useiden vähittäiskauppaketjujen myymälät on jo varustettu tällaisilla laitteilla, erityisesti MediaMarkt Venäjällä ja Kohl's Yhdysvalloissa.

Numeeriset numerot

Kalifornian kaduilla digitaalisilla numeroilla varustetut autot alkoivat saada suosiota. Numerot koostuvat näytöstä (joka voi näyttää myös muita tietoja), sirusta ja jopa akusta. Laitteet käyttävät samaa tekniikkaa, jota käytettiin Kindle-lukijoiden luomiseen.

Tällaisten numeroiden hinta on 700 dollaria, ilman asennuskustannuksia, ja siksi tästä kehityksestä ei todennäköisesti tule massatuotantoa ja se voi tulla maailmanmarkkinoille lähitulevaisuudessa. [19]

Vaihtoehtoiset tekniikat

  • Samsung luottaa sähkökosttuvaan musteeseen , joka antaa sekä suuremman kontrastin että suuremman kuvan muutosnopeuden (videon toistoon asti) ja - mikä tärkeintä - värin [10] .
  • Sharp on kehittänyt Memory LCD -teknologian [20] , jonka avulla LCD-näyttöjen rakentaminen kuluttaa vain 0,8 % perinteisistä LCD-näytöistä käyttämällä verkkomaista polymeerinestekidemateriaalia, jossa on omat pikselimuistisolut (PNLC), jotta vältetään solun tarpeeton värjäytyminen kehyksestä kehykseen [21] . Memory LCD -tekniikalla on 15–30 μW:n virrankulutustaso, joka on jopa vähemmän kuin dynaamisten kuvien E-Ink, ja siinä on etuja sen sijaan, että se pystyy luomaan transflektiivisia nestekidenäyttöjä , joissa on itsevalaiseva taustavalo, virkistystaajuudet ja kyky luoda värinäyttöjä. Tunnetuin Memory LCD -laitteiden toimittaja on älykellojen valmistaja Pebble [22] [23] .
  • Qualcommin kehittämä Mirasol - teknologia . Näissä näytöissä yhdistyvät tavallisten LCD-näyttöjen edut elektroniseen mustetekniikkaan (E-Ink). Mikroelektromekaanisiin elementteihin perustuvan erikoisteknologian ansiosta Mirasolin näytöillä on erittäin alhainen virrankulutus ja samalla ne pystyvät näyttämään täysvärikuvia. Lisäksi on jo esitelty näytteitä Qualcomm Mirasol -näytöistä, jotka pystyvät näyttämään värivideota nopeudella 30 kuvaa sekunnissa. Tällaisista näytöistä on jo toimivia näytteitä, joiden lävistäjä on 5,7 tuumaa ja resoluutio 1024 x 768 pikseliä, joita voidaan käyttää kapasitiivisten kosketusnäyttöjen kanssa. Qualcomm vahvisti Mobile World Congress 2010 -tapahtumassa Barcelonassa, että ensimmäiset Mirasolin omaan teknologiaan perustuvat värinäytölliset e-lukijat tulisivat markkinoille syksyllä 2010. Todellisuudessa ensimmäiset kaupalliset näytteet ilmestyivät kuitenkin vasta syksyllä 2011, ja niitä pidettiin epäonnistuneina, koska kehitys oli melko kokeellista. Havaitut virheet ja puutteet mahdollistivat menestyneiden tuotteiden tuomisen markkinoille, ja vuoden 2013 puolivälistä alkaen moniväriset e-kirjat alkoivat valloittaa heidän myyntisektoriaan.
  • FOLED  on teknologia joustavien värinäyttöjen valmistukseen, joka perustuu orgaanisiin OLED -valodiodeihin .
  • TMOS - Time Multiplexed Optical Shutter - optisen sulkimen aikamultipleksointitekniikka. Tämän tekniikan ydin on yksikerroksisen MEMS-kalvon (mikroelektromekaaniset järjestelmät) käyttö, joka on sijoitettu ylä- ja alalasilevyjen väliin.

Muistiinpanot

  1. ↑ V. I. Ivanov, A. I. Aksenov, A. M. Jushin. Puolijohdeoptoelektroniset laitteet: käsikirja. - 2. painos, tarkistettu. ja ylimääräistä — M .: Energoatomizdat, 1989. — ill.: 448 s. - 150 000 kappaletta.  — ISBN 5-283-01473-8 .
  2. ↑ Toisin kuin "heijastavilla" LCD-indikaattoreilla, jotka toimivat edelleen lähetyksessä, joissa valo kulkee kaksi kertaa ilmaisinkennon läpi: ensin eteenpäin ja sitten kennon taakse asennetusta peilistä heijastuneena vastakkaiseen suuntaan.
  3. ↑ Crowley, JM; Sheridon, N.K.; Romano, L. " Gyricon balls dipoli moments " Journal of Electrostatics 2002, 55, (3-4), 247.
  4. ↑ Uusi tiedemies . Paperi menee sähköksi (1999)
  5. ↑ Comiskey, B.; Albert, JD; Yoshizawa, H.; Jacobson, J. " Elektroforeettinen muste kaikille painetuille heijastaville elektronisille näytöille " Nature 1998, 394, (6690), 253-255.
  6. ↑ Uusi tiedemies. Lue kaikki siitä  - linkki vanhentunut
  7. ↑ Mirasol-tekniikka Tritonia ja Pixel Qi:tä vastaan
  8. ↑ E-paperimarkkinat jatkavat kasvuaan. Värilliset e-paperinäytöt, videotuki ja joustavat näytöt ovat kaikki horisontissa. Kirjailija: Robert L. Mitchell // Computerworld US, 23. maaliskuuta 2011 "Sähköisen lukulaitteen näytöt nykyään ... haittoja: näytön vasteajat noin 200 ms"
  9. ↑ 1 2 Jevgeni Zolotov. Tällainen herkkä sähköinen paperi (pääsemätön linkki) . National Business Network "iBusiness" (3. huhtikuuta 2012). Haettu 26. syyskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 16. lokakuuta 2012. 
  10. ↑ Mihail Medvedev. E-kirjojen näyttötyypit (linkki ei saatavilla) (27. joulukuuta 2013). Käyttöpäivä: 14. tammikuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 15. tammikuuta 2014. 
  11. ↑ E-lukijat ja visuaalinen väsymys  - PubMed.
  12. ↑ Lukeminen LCD vs e-Ink -näytöillä: vaikutukset väsymykseen ja näkörasitukseen  - PubMed.
  13. ↑ Sähköinen paperi ja vihreä planeetta (4. tammikuuta 2008). Arkistoitu alkuperäisestä 14. tammikuuta 2012.
  14. ↑ Arkistoitu kopio (linkki ei saatavilla) . Käyttöpäivä: 15. maaliskuuta 2007. Arkistoitu alkuperäisestä 29. tammikuuta 2007. 
  15. ↑ Tutustuminen Yota-älypuhelimeen - YouTube .
  16. ↑ Sonyn 13 tuuman lukija tulee myyntiin
  17. ↑ E-paperi on testattu katastrofien ehkäisytoimenpiteinä Japanissa.
  18. ↑ Digitaaliset rekisterikilvet tulivat vihdoin tielle Kaliforniassa , The Vergessä . Haettu 3.6.2018.
  19. ↑ Sharp Memory LCD:t: Erittäin pieni teho, korkea suorituskyky ja pitkä käyttöikä… muistia jokaisessa pikselissä (linkki ei käytettävissä) . www.sharpmemorylcd.com. Haettu 2. kesäkuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 25. toukokuuta 2014. 
  20. ↑ Tallennusnäytöt (SHARP Memory LCD) - Tuotteet . www.prochip.ru Haettu: 2.6.2016.
  21. ↑ Sharp Memory LCD:t: Erittäin pieni teho, korkea suorituskyky ja pitkä käyttöikä… muistia jokaisessa pikselissä (linkki ei käytettävissä) . www.sharpmemorylcd.com. Käyttöpäivä: 2. kesäkuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 29. elokuuta 2013. 
  22. ↑ Linusin tekniset vinkit. Pebble Time - parempi kuin Apple Watch? (23. elokuuta 2015). Haettu: 2.6.2016.

Julkaisut

Linkit