41104

Цифровая бумага

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Многоцветная полихромная электронная бумага Электронная бумага EDP В отличие от традиционных жидкокристаллических плоских дисплеев в которых используется просвет матрицы для формирования изображения электронная бумага формирует изображение в отраженном свете как обычная бумага и может показывать текст и графику неопределенно долго не потребляя при этом электричество и позволяя изменять изображение в дальнейшем.

Русский

2013-10-22

1.87 MB

6 чел.

«Цифровая бумага»


Содержание:

  

[0.1]
2. Технология

[0.2] 2.1 Электронные чернила

[0.3] 2.2 Многоцветная (полихромная) электронная бумага

[0.4] 3. Электронная бумага (EDP)

[0.5] 3.1 Партнеры и инвесторы EDP:

[0.6] 4. Гибкий экран AIST

[0.7] 5. Размеры электронной бумаги

[0.8] 6. Электросмачиваемые экраны

[0.9] 7. Применение

[0.10]
7.1 Коммерческое применение

[0.11] 7.2 Электронные книги

[0.12] 7.3 Газеты

[0.13] 7.4 Дисплей, встроенный в смарт-карточку

[0.14] 7.5 Дисплеи для телефонов

[0.15] 8. Примеры гибких экранов

[0.16] 9. Выводы

[0.17] 10. Список литературы:


Электро́нная бума́га (англ. e-paper, electronic paper; также электронные чернила, англ. e-ink) — технология отображения информации, разработанная для иммитации обычных чернил на бумаге. 

В отличие от традиционных жидкокристаллических плоских дисплеев, в которых используется просвет матрицы для формирования изображения, электронная бумага формирует изображение в отраженном свете, как обычная бумага и может показывать текст и графику неопределенно долго, не потребляя при этом электричество и позволяя изменять изображение в дальнейшем. В то же время, точки изображения должны быть стабильны, то есть не менять цвет при отсутствии постоянного напряжения.

Электронная бумага была разработана для преодоления недостатков компьютерных мониторов. Например, от подсветки мониторов человеческий глаз сильно устаёт, в то время как электронная бумага отражает свет, как обычный печатный лист. Угол обзора у неё больше, чем у жидкокристаллических плоских дисплеев.

Она лёгкая, надёжная, а дисплеи на её основе могут быть гибкими, хотя и не настолько как обычная бумага.

Предполагаемое применение включает электронные книги, которые могут хранить цифровые версии многих литературных произведений, электронные вывески, наружную и внутреннюю рекламу.

                                                        Рис.1 Цифровая бумага


2. Технология

Электронная бумага была впервые разработана в Исследовательском Центре компании Ксерокс в Пало Альто (англ. Xerox’s Palo Alto Research Center) Ником Шеридоном (англ. Nick Sheridon) в 1970-х годах. 

Первая электронная бумага, названная Гирикон (англ. Gyricon), состояла из полиэтиленовых сфер от 20 до 100 мкм в диаметре. Каждая сфера состояла из отрицательно заряженной черной и положительно заряженной белой половины. Все сферы помещались в прозрачный силиконовый лист, который заполнялся маслом, чтобы сферы свободно вращались. Полярность подаваемого напряжения на каждую пару электродов определяла какой стороной повернется сфера, давая, таким образом, белый или черный цвет точки на дисплее [2].

                                                        Рис.2 Принцип действия

2.1 Электронные чернила

В 1990-х годах Джозеф Якобсон (Joseph Jacobson) изобрел другой тип электронной бумаги. Впоследствии он основал корпорацию Е-инк (E Ink Corporation), которая, совместно с Philips, через два года разработала и вывела эту технологию на рынок.

Принцип действия был следующий: в микрокапсулы, заполненные окрашенным маслом, помещались электрически заряженные белые частички. В ранних версиях низлежащая проводка контролировала будут ли белые частички вверху капсулы (чтобы она была белой для того, кто смотрит) или внизу (смотрящий увидит цвет масла). Это было фактически повторное использование уже хорошо знакомой электрофоретической (англ. electrophoretic) технологии отображения, но использование капсул позволило сделать дисплей с использованием гибких пластиковых листов вместо стекла.

                                                        Рис.3 Электронная книжка

2.2 Многоцветная (полихромная) электронная бумага

Обычная цветная электронная бумага состоит из тонких окрашенных оптических фильтров, которые добавляются к монохромному дисплею, описанному выше. Множество точек разбиты на триады, как правило, состоящие из трёх стандартных цветов: голубой, пурпурный и жёлтый(CMY) (в отличае от мониторов(RGB), электронная бумага работает в отражённом свете, а не излучающем). Цвета тогда формируются так же, как и в других дисплеях.

                                 Рис.4 Пример многоцветной электронной бумаги

3. Электронная бумага (EDP)


Технология электронной бумаги (EPD — Electronic paper display) была разработана учеными из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology) в 1997 году. В том же году была создана корпорация E Ink (E Ink Corporation), [4] которая и занимается технологией, ее совершенствованием и коммерциализацией. Все мы можем сказать компании E Ink большое спасибо за электронную бумагу.

«Цифровая бумага» была разработана с целью создания дисплеев нового типа, которые по оптическими и механическими характеристиками были бы схожи с обычной бумагой. Базовыми элементами таких дисплеев являются микрокапсулы, диаметр которых не превышает толщину человеческого волоса. Внутри каждой капсулы находится большое количество пигментных частиц (диаметр частицы не превышает 1-5 мкм) двух цветов: положительно заряженные белые и отрицательно заряженные черные (заряд наносится с помощью специального заряженного полимера), а все внутреннее пространство капсулы заполнено прозрачной жидкостью.

                                                              Рис.5 Слои капсул


Слой капсул расположен между двумя рядами (сверху — прозрачных, снизу — непрозрачных), образующих координатную сетку.

Когда некоторому тыльному участку активной области экрана придается положительный электрический заряд, во всех микрокапсулах на этом участке белые частицы пигмента перемещаются в «верхнюю» часть. В то же самое время электрическое поле тянет черные частицы на «нижнюю» сторону капсул, и они будут скрыты от взора пользователя. В результате действия такого процесса пользователь сможет наблюдать появление на экране электронно-чернильного дисплея белого пятна — точки, пикселя белого цвета. Поменяв полярность приложенного электрического потенциала, можно добиться того, чтобы черные частицы пигмента оказались на лицевой стороне микрокапсул, а белые — на тыльной. Тогда на том же месте на экране дисплея сформируется черное пятно.


                                                  Рис.6 Пример капсулы со слоями

Если сформировать управляющую электродами матрицу и расположив над ней активную область экрана с микрокапсулами, можно будет создавать на электронно-чернильном экране довольно большие и сложные изображения.

Благодаря остаточным зарядам и силам Ван-дер-Ваальса, дисплеи на базе электронных чернил способны сохранять изображение на экране даже при отсутствии электропитания (подача напряжения на управляющие электроды необходима лишь для переключения состояния пиксела), что наряду с отсутствием лампы подсветки обеспечивает очень низкий уровень энергопотребления.

Такие дисплеи являются отражающими и обеспечивают хорошую читаемость изображения при любом освещении. В качестве подложки для создания дисплеев на основе электронных чернил можно использовать различные материалы: стекло, пластик, металлическую фольгу, ткань и даже бумагу.

Основными недостатками дисплеев на базе электронных чернил являются большая инерционность (время переключения пикселов составляет 260-500 мс). Ограниченное количество воспроизводимых оттенков (8 оттенков серого в новых устройствах). [5]

Отмечу, что для дисплея умение изгибаться (одно из преимуществ, заявленных E Ink) — не самая главная, а порой даже и вредная особенность. Гибкий экран может демонстрировать искаженные, искривленные изображения, приобрести «память формы», если будет долго находить в свернутом состоянии и помяться!

3.1 Партнеры и инвесторы EDP:

  1.  Toppan Printing Company
  2.  Royal Philips Electronics
  3.  The Hearst Corporation
  4.  Intel Capital
  5.  CNI Ventures
  6.  Air Products and Chemicals, Inc.
  7.  Vossloh Information Technologies
  8.  Motorola, Inc

4. Гибкий экран AIST

Японский национальный институт развития промышленной науки и технологии (Japan National Institute of Advanced Industrial Science and TechnologyAIST) представил гибкий экран, сделанный с помощью микроконтактной печати.

                                                          Рис.7 Технология ASIT

Такой дисплей может использоваться в электронных книгах. Прототип выполнен в форме квадрата со стороной 6 дюймов и толщиной 127 нанометров. Представители института предполагают, что смогут создать рабочий прототип размером А4 к 2010 году, а прототип устройства для чтения электронных книг выполненный с использованием этого экрана к 2015 году.

5. Размеры электронной бумаги

Сотрудники двух корпораций — Toppan Printing и Sony, объединившись в рабочую группу, представили на выставке International Display Workshops прототип гибкой электронной бумаги размером 10,5 дюймов. [2]

Произвели его с помощью технологии печати для создания электропроводного (с применением частичек серебра) и органических полупроводниковых слоев. Работает гибкая электронная бумага на органических тонкопленочных транзисторах, собственно и называется OTFT-экран и имеет VGA-разрешение.

Большего размера и разрешения достичь пока не удалось — трудно добиться одновременного быстрой работы дисплея, низкого рабочего напряжения и мобильности, именно эти параметры являются ключевыми для таких дисплеев.

                                         Рис.8 Гибкий экран для GPS навигации

6. Электросмачиваемые экраны

Эффект «электрического смачивания» (от англ. electrowetting) основан на управлении каплей масляной краски, которая находится в капсуле заполненной водой. Управление внешним видом такого пикселя происходит благодаря напряжению, от величины которого зависит, увидим мы точку цвета подложки или краски. Сама технология получила название HEOS.

Существует несколько модификаций реализации ячейки, одна из которых представлена на рисунке — с подсвечиваемой прозрачной подложкой.

                                                                Рис.9 ELV cell OFF

Изображение в таких дисплеях формируется с высокой скоростью (частота смены или обновления до 80 Гц) при небольшом потреблении энергии, поэтому они применяются в mp3-плеерах, телефонах, камерах DVD-плеерах, GPS-приемниках и подобных устройствах.

Разработкой и внедрением на рынок технологии HEOS занималась экспериментальная лаборатория Liquavista BV, которую сформировали Philips Research Labs и New Venture Partners.

7. Применение

Технологические компании изобретают новые типы электронной бумаги и ищут пути внедрения данной технологии. Например, модификация жидкокристаллических дисплеев, электрохромовые (англ. electrochromic) дисплеи, а также электронный эквивалент детской игрушки «Волшебный экран» (англ. Etch-A-Sketch -изображение появляется за счет прилипания пленки к подложке), разработанный японским университетом Кюсю (Kyushu University). [1]

В той или иной форме, электронная бумага разрабатывалась Гириконом (англ. Gyricon) (который вышел из-под Xerox), Philips, Kent Displays (холестерические дисплеи (англ. cholesteric)), Nemoptic (бистабильный нематический (англ. bistable nematic) — BiNem — технология), NTERA (электрохромовые NanoChromics дисплеи), E Ink and SiPix Imaging (электрофоретические) и многие другие.

                                            Рис.10 Электронная записная книжка


7.1 Коммерческое применение

Корпорация E Ink Corporation, совместно с Philips и Sony, внесла наибольший вклад во внедрение и популяризацию электронной бумаги. В октябре 2005 года она объявила, что будет поставлять комплекты для разработчиков, состоящие из 6-дюймовых дисплеев с разрешением 800×600 начиная с 1 ноября 2005 года. [3]

Компания Fujitsu демонстрировала разработанную ими электронную бумагу на выставке в Токийском Международном Форуме (англ. Tokyo International Forum).

7.2 Электронные книги

Внедрение технологии E-ink вызвало заметный подъем на рынке электронных книг. Уже в 2006 году выпускалось несколько моделей. Гораздо большее количество прототипов анонсируется ежегодно.

                                                    Рис.11 Электронная  книга

7.3 Газеты

В феврале 2006 года Бельгийская финансовая ежедневная газета De Tijd of Antwerp анонсировала планы по продаже электронной версии газеты для избранных подписчиков. Это было первое подобное применение электронной бумаги. В начале 2007 года газета New York Times начала тестирование около 300 собственных функциональных электронных газет.

                                                    Рис.12 Электронная  газета

7.4 Дисплей, встроенный в смарт-карточку

Гибкий дисплей для микропроцессорной карточки позволяет использовать одноразовый пароль, чтобы уменьшить риск при дистанционном банковском обслуживании — интерактивной оплате (через Интернет) или переводе средств. Первая в мире карточка с дисплеем, которая соответствует стандарту ISO, была разработана компанией Смартдисплеер (англ. Smartdisplayer) с экраном от компании СиПикс Имеджин (англ. SiPix Imaging)

7.5 Дисплеи для телефонов

Моторола (анг. Motorola) выпустила телефон с названием МОТОФОН (англ. MOTOFONE), который использует экран от компании E Ink Corporation. 

8. Примеры гибких экранов

Во время мероприятия SID 2008 (2008 Society for Information Display International Symposium) две компании представили прототип электронного покрытия (e-skin), которое покрывает все или часть поверхности устройства.

Компания Kent Displays покрыло такой штукой всю поверхность мобильного телефона для того, что бы его владелец мог изменять цвет устройства. А E Ink представила телефон Hitachi с покрытием из 95 фрагментов. Оба устройства говорят нам, что технология развивается не только в сфере устройств для чтения электронных книг. [6]

Рис.13 Наручные часы с HEOS дисплеем

К удачам подобных совсем необычных устройств можно отнести журнал Esquire за октябрь 2008 года, а к неудачам — смартфон Readius с выдвигающимся дисплеем. Что же касается будущего технологии: цифровые часы, телефоны, клавиатуры на подобие Оптимуса, фантазировать можно бесконечно.

                                      Рис.14 Пульт управления с технологией HEOS

9. Выводы

«Цифровой бумаги» является тонким пластиковым дисплеем, который можно скатать в тонкий рулон. Создатель новинки – японская компания Hitachi. Толщина дисплея у образцов 3 мм. В настоящее время только компания Sony выпускает изделия с применением «цифровой бумаги», правда только в монохромном варианте. Преимущества данной технологии в потрясающей экономичности (двух ААА батареек хватает для прочтения 10.000 страниц текста!). Из недостатков можно отметить низкую скорость прорисовки изображений, но для цифровых книги или журналов это не критично. Дисплей Hitachi будет использован в серийных устройствах уже в 2009 году.

                                  Рис.15 Монохромная цифровая бумага в корпусе КПК

10. Список литературы:

  1.  http://ru.wikipedia.org/wiki/ Статья «Электронная бумага » на Википедии. 
  2.  http://www.motorola.com/business - Официальный сайт комании Motorola
  3.  http://www.pda-reader.ru/ - история развития технологии
  4.  http://www.einc.com - материал относительно гибких экранов
  5.  http://www. www.newscientist.com/ Официальный сайт комании Datalogic
  6.  http://www.wiki.com/ Устройства отображения информации


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

25349. ФУНКЦИИ ПОЛОВЫХ ЖЕЛЕЗ 26 KB
  Как в мужском так и в женском организме выра6атываются и мужские половые гормоны андрогены и женские клрогены которые отличаются по их количеству. Эстрогены обладают анаболическим действием в организме но в меньшей степени чем андрогены. Кроме гормонов эстрогенов в женском организме вырабатывается гормон прогестерон.
25350. УТОМЛЕНИЕ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПРИ МЫШЕЧНОЙ РАБОТЕ 35.5 KB
  В то же время повторное утомление не доводимое до чрезмерного является средством повышения функциональных возможностей организма. Различают также острое и хроническое общее и локальное скрытое компенсируемое и явное некомпенсируемое утомление. Острое утомление наступает при относительно кратковременной работе если ее интенсивность не соответствует уровне физической подготовленности субъекта.
25351. Состав и функции крови 41 KB
  Существует два понятия: периферическая кровь состоящая из плазмы и находящихся в ней во взвешенном состоянии форменных элементов и система крови куда относят периферическую кровь органы кроветворения и кроверазрушения костный мозг печень селезенка и лимфатические узлы. Кровь является своеобразной формой ткани и характеризуется рядом особенностей: жидкая среда организма находится в постоянном движении составные части крови имеют разное происхождение образуются и разрушаются в основном вне ее. Плазма крови лишенная фибриногена...
25352. Иммуно-биологические свойства крови 34 KB
  03 а удельный вес крови 1. У человека осмотическое давление крови составляет около 770 кПа 7. Клетки крови имеют осмотическое давление одинаковое с плазмой.
25353. Регуляция системы крови 44.5 KB
  В организме существует два основных механизма регуляции системы крови нервный и гуморальный. Высшим подкорковым центром осуществляющим нервную регуляцию системы крови является гипоталамус. Кора головного мозга оказывает влияние на систему крови также через гипоталамус.
25354. Регуляция работы сердца 41.5 KB
  Закон сердечного ритма чем больше приток крови тем больше сила и частота сердечных сокращений. Хеморецепторы возбуждаются в результате сдвигов химического состава плазмы крови при увеличении в ней рСО2 или снижения рО2. Гуморальная регуляция деятельности сердца осуществляется путем воздействия на него химических веществ находящихся в крови. 0051 ДВИЖЕНИЕ КРОВИ ПО СОСУДАМ ГЕМОДИНАМИКА Движение крови по сосудам обусловлено градиентом давления в артериях и венах.
25355. Регуляция движения крови в сосудах 83.5 KB
  Если же перерезать мозг между продолговатым и спинным максимальное давление крови в сонной артерии понижается с нормальных 100 120 до 60 70 мм рт. Спинномозговые центры способны через некоторое время после выключения сосудосуживающего центра продолговатого мозга немного повысить давление крови снизившееся вследствие расширения артерий и артериол. При введении через канюлю в изолированный каротидный синус крови под давлением можно наблюдать падение артериального давления в сосудах тела.
25356. Регуляция движения крови по сосудам 24.5 KB
  Нервы регулирующие тонус сосудов называются сосудодвигательным и состоят из двух частей сосудосуживающих и сосудорасширяющих Симпатические нервные волокна выходящие в составе передних корешков спинного мозга оказывают суживающее действие на сосуды кожи органов брюшной полости почек легких и мозговых оболочек но расширяют сосуды сердца. Сосудорасширяющие влияния оказываются парасимпатическими волокнами которые выходят из спинного мозга в составе задних корешков. Кроме того существуют высшие сосудодвигательные центры расположенные в...
25357. Лимфа и лимфообращение 43 KB
  В отличие от кровеносных сосудов которым происходит как приток крови к тканям тела так и ее отток от них сосуды служат лишь для оттока лимфы т. Состав и свойства лимфы Лимфа собираемая из лимфатических протоков во время или после приема нежирной пищи представляет собой бесцветную почти прозрачную жидкость отличающуюся от плазмы крови примерно вдвое большим содержанием белков. Реакция лимфы щелочная. Это обусловлено тем что лимфоциты образуются в лимфатических узлах и из них с током лимфы уносятся в кровь.