Вторая бумажная: эволюция электронной бумаги
- Пара больших компаний (IBM, Philips, HP и Fujitsu) трудятся над бистабильными индикаторами на базе так называемых холестерических жидких кристаллов (ChLCD). Эта разработка разрешает создавать тонкие, эластичные и довольно недорогие цветные дисплеи.
На данный момент самый распространенная разработка «электронной бумаги», применяемая в серийных портативных устройствах, основана на электрофорезе.
- На рисунке продемонстрирована схема, созданная компанией E Ink
Разработки в данной области насчитывают уже три с половиной десятка лет, однако с выходом на массовый рынок долгожданное новшество должно всецело поменять отечественные привычки, которые связаны с чтением, обучением и письмом. В полной мере быть может, что мы стоим на пороге таковой революции, которую возможно сравнить только с подобным техническим чудесным образом XV века — изобретением печатного пресса.
Электронная бумага эластична, потребляет ничтожные количества энергии, недорога и технологична, а основное — несложна и эргономична в применении. Еще не успеет подойти к концу следующее десятилетие, а мы уже привыкнем и к библиотекам, умещающимся на микрочипах, и к исчезновению большей части печатающихся на бумаге газет. Грядет «вторая бумажная революция».
Инкубатор идей
В 1970-х годах исследовательский центр компании Xerox в Пало-Альто (PARC) выступал в роли локомотива технического прогресса. Именно там были выношены и нашли собственный воплощение такие атрибуты будущего компьютерного мира, как компьютерная «мышка», лазерный принтер, сеть Ethernet, графический интерфейс пользователя, цветная графика и множество перспективных языков программирования.
В первой половине 70-ых годов XX века один из сотрудников PARC Николас Шеридон создал еще одну новинку, которая чуть не потерялась в этом бурном потоке революционных изобретений, — Gyricon (от греческого — «вращающееся изображение»). В итоге эта мысль и легла в базу электронной бумаги.
В конце 1960-х в PARC разрабатывали ПК Alto. Это первенствовал в мире офисный компьютер для работы с текстами, но у изумительного аппарата был один большой недочёт — его дисплей на базе электронно-лучевой трубки не смотря на то, что и был лучшим по тем временам, все равно был не хватает броским и контрастным, и трудиться с ним возможно было лишь в затемненном помещении.
Нескольким исследователям поручили отыскать более успешное ответ, которое разрешило бы действующий при обычном освещении. Ник Шеридон создал Gyricon, дисплей на базе двухцветных микрошариков, и дисплей, основанный на электрокапиллярном эффекте. Остальные сотрудники трудились над принципом электрофореза (в будущем разработка таких дисплеев была прекращена из-за малого ресурса этих устройств).
От дисплеев к принтерам
В течение полутора лет Шеридон трудился параллельно и над электрокапиллярностью, и над разработкой Gyricon, но позже решил остановиться на последней и довести ее до ума. Полагая в будущем возвратиться и к электрокапиллярному дисплею, он отложил подачу патентной заявки до начала 1990-х годов.
В то время, когда же эти заявки были размещены в Европе, одна из университетских исследовательских групп возобновила работы, предложив новый термин — «электроувлажнение» (electro-wetting). на данный момент данный принцип интенсивно изучается и его вычисляют многообещающим кандидатом на роль «электронной бумаги». Любой пиксель для того чтобы дисплея складывается из белой подложки, поверх которой расположен прозрачный электрод
и (снизу вверх) слои гидрофобного изолятора, окрашенного масла и воды. В свободном состоянии масло узким слоем распределяется по всей поверхности ячейки, образуя тёмный пиксель. При подаче напряжения между водой и электродом последняя вытесняет масло с поверхности гидрофобного покрытия и заставляет его принять компактную выпуклую форму.
Наряду с этим капля масла занимает весьма малую поверхность всей ячейки, так что пользователь видит белую подложку (белый пиксель).
Управление исследовательского отдела Xerox похвалило работы Шеридона над разработкой Gyricon, но указало ему, что производство дисплеев не входит в сферу заинтересованностей корпорации. Исследователю дали совет заняться новыми разработками в сфере печати, дабы корпорация имела возможность успешнее противостоять японскому натиску на рынке принтеров и копиров. Шеридон создал новую разработку электронной печати на базе ионографии, в которую компания положила около $150 млн.
Но практически на пороге умелого производства первого в мире многофункционального офисного аппарата — принтера, копира, факса и сканера — и эту программу закрыли. «С моей точки зрения, это была фантастическая недальновидность, — говорит Шеридон. — У компании было множество возможностей радикально увеличить сферу влияния. У Xerox нашлось хватает денег, дабы выстроить фантастические исследовательские лаборатории, собрать гениальнейших людей, но управление корпорации не смогло выйти за рамки мышления, связанного лишь с рынком копировальной техники».
Рождение электронной бумаги
«Потребность в аналогичной разработке я понял еще в конце 1980-х, — вспоминает Шеридон. — Разговаривая в лаборатории, мы много раз обсуждали безбумажные разработки, каковые должны были показаться с массовым внедрением персональных компьютеров. Но «офис без бумаги» так и остался мечтой. Кроме того напротив — ПК сам был жадным потребителем бумаги.
По большей части это разъяснялось рвением к комфорту — просматривать документы на бумаге было куда приятнее, чем разглядывать их на мерцающем экране. Каждый документ, что занимал больше половины странички, люди предпочитали распечатать, после этого прочесть и в течение того же дня выкинуть в корзину. Наблюдалась явная потребность в электронном дисплее, что владел бы особенностями бумаги, — другими словами в электронной бумаге!
И вот тут я осознал, что Gyricon, что я изобрел еще в начале 1970-х, может выступить кандидатом на роль электронной бумаги. Я занялся вопросами производства таких дисплеев и устранением некоторых ранних недочётов. В ту пору я трудился один, не считая весьма хорошего лаборанта, что был выделен мне в ассистенты».
Как устроена электронная бумага
Разработка Gyricon, созданная в 1970-х годах Ником Шеридоном в корпорации Xerox, — это узкая пластинка эластичного пластика, в которой находятся полости, наполненные маслом. В каждой полости вольно плавает пластиковая бусинка, одна полусфера которой окрашена в белый цвет и имеет, скажем, хороший заряд, а вторая полусфера — в черный цвет и несет отрицательный заряд. В случае если к задней плоскости, снабженной совокупностью электродов, приложить электрическое напряжение, бусинки повернутся так, что из них сложится двухцветное изображение.
Вторая разработка, обширно распространенная на данный момент в мобильных устройствах для чтения, создана компанией E Ink, основанной во второй половине 90-ых годов двадцатого века. Компания забрала за базу изучения электрофореза, начатые в Media Lab Массачусетского технологического университета. Такая конструкция содержит миллионы маленьких микрокапсул диаметром приблизительно по 100 мкм.
В каждой капсуле содержится прозрачная жидкость, в которой плавают положительно заряженные белые частицы и отрицательно заряженные тёмные. При подаче на прозрачные электроды напряжения частицы соответствующего цвета всплывают к вершине микрокапсулы, так что для наблюдателя эта территория будет смотреться как белая либо тёмная точка.
разрешение и яркость «электронной бумаги», изготовленной на правилах электрофореза, были выше, чем у Gyricon, но оба способа снабжают монохромное изображение. Для цветного дисплея компания E Ink консолидировала силы с японской компанией Toppan Printing, которая занимается выпуском цветных фильтров. Главный недочёт электрофорезной бумаги — низкая скорость обновления рисунка.
Исходя из этого такие дисплеи не подходят для демонстрации, скажем, видео: дабы частицы переместились в микрокапсулы, требуется определенное время. Но при отсутствии электрического поля изображение сохраняется (как и при с Gyricon).
Полностью второй принцип положен в базу электронной бумаги такими компаниями, как IBM, Philips, HP и Fujitsu, — последние уже показали публике готовые устройства. Это модифицированные холестерические жидкие кристаллы (ChLCD), стабилизированные добавлением полимерных цепочек. Они трудятся совершенно верно так же, как простые жидкокристаллические дисплеи, но при выключении питания последнее изображение остается видимым.
Данный принцип считается одним из фаворитов, поскольку ЖК-дисплеи производятся массово, а следовательно, разработка эта недорогая и отработанная. Помимо этого, дисплеи на базе ChLCD узкие (0,8 мм), их возможно не только скручивать, но кроме того и складывать, для поддержания картины не нужно энергии по большому счету, а для ее смены энергия расходуется в минимальных количествах.
Изображение цветное, имеет высокие яркость, контраст, разрешение, а скорость обновления возможно достаточна для воспроизведения анимации. Так что в полной мере возможно, что в скором времени возможность заметить «движущиеся картины» в книге будет не только у храбрецов книг Джоан Роулинг, но и у простых людей.
Продолжительный путь
С момента изобретения «электронной бумаги» прошло уже 35 лет, но изделия, применяющие эту разработку, все еще не через чур распространены. «До тех пор пока ни одно из технических ответов не приблизилось к идеалу, что представляет собой настоящая бумага, — вычисляет Шеридон. — Дисплей должен быть узким, эластичным, сохранять изображение без потребления энергии, легко читаться при простом освещении, иметь высокое разрешение, контраст и белизну подложки. Помимо этого, он должен быть недорогим.
Одна из главных неприятностей электронной бумаги, независимо от технологии и принципа самих дисплеев, — это управления и система адресации. Мне думается, что громаднейшие шансы завоевать собственный место в узких и эластичных экранах на сегодня имеются у органических тонкопленочных транзисторов (OTFT).
В отличие от тонкопленочных транзисторов на базе классических неорганических полупроводников типа кремния, OTFT трудятся существенно медленнее, но при с электронной бумагой это не через чур значительно. Но они недороги, мало нагреваются и разрешают изготавливать эластичные дисплеи громадных размеров. Так что эта разработка выглядит самый привлекательно».
Над разработкой «электронной бумаги» трудятся на данный момент больше десятка известных компаний, не считая множества более небольших. По окончании того как корпорация Xerox закрыла направление по разработке дисплеев Gyricon в декабре 2005 года (по чисто денежным обстоятельствам), Николас Шеридон ведет свободные разработки и консультирует другие компании: «Очевидно, мои упрочнения на данный момент направлены именно на создание совершенной электронной бумаги. Для меня это выглядит как трубочка диаметром 1 см и длиной 15−20 см.
В находится «свиток», что легко разматывается через прорезь в трубке и расправляется в плоский прямоугольный страницу, что комфортно просматривать, — новости из интернета, книги из встроенной памяти. Так же легко лист сворачивается — на кнопку. Стоить он обязан меньше $100, и такая игрушка будет в кармане у каждого!»
Звучит как фантастика. Но приблизительно так же звучало бы описание возможностей современного сотового телефона лет десять назад
По данным интернет-издания The Future Of Things, http://www.tfot.info/
Не только книги
Очевидно, с того времени как была создана разработка Gyricon, разработчики существенно продвинулись в области производства электронной бумаги. на данный момент подобные разработки разрабатывают такие компании, как E Ink, SiPix, Polymervision и многие другие, не считая таких гигантов, как Сони, IBM, Hewlett-Packard, Philips, Fujitsu, Hitachi, Siemens, Epson.
На современном этапе кое-какие из новинок, выстроенных на принципе электронной бумаги, являются только шикарные вещи — таковы, например, наручные часы ценой более $2000, каковые выпустила ограниченным тиражом компания Seiko. Но, имеется на рынке и более нужные вещи.
Узкие цветные дисплеи на базе электронной бумаги, каковые смогут употребляться как товарные ярлыки, на данный момент деятельно разрабатываются в компании Siemens (кстати, разработка Gyricon изначально предполагалась для применения в качестве рекламных щитов и вывесок). «Мы создали тонкие цветные дисплеи, каковые возможно полиграфическим образом наносить на бумагу либо фольгу, — растолковывает сотрудник компании Siemens Тилл Мур. — Себестоимость таких дисплеев если сравнивать с простыми ЖК-дисплеями весьма мала. Подобные изделия имеют громадный рыночный потенциал в качестве «интерактивной упаковки».
К примеру, на коробке с лекарствами возможно было бы иметь инструкцию по применению на различных языках, каковые изменялись бы с нажатием кнопки. В будущем такие дисплеи смогут использоваться практически везде — на картонной упаковке пищевых продуктов, на коробках с лекарствами а также на входных билетах».
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№68, июнь 2008).
<
h4>