камальдинова. Мультимедиа технологии
 Скачать 6.03 Mb.
|
|
13.2 История развития электронной бумаги Первая версия электронной бумаги Электронная бумага была впервые разработана в Исследовательском Центре компании Ксерокс в Пало Альто (Xerox’s Palo Alto Research Center) Ником Шеридоном (Nick Sheridon) в 1970-х годах. Первая электронная бумага, названная Гирикон (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. Все внутреннее пространство капсулы заполнено прозрачной жидкостью. Рис. 13.3. Принцип действия электронной бумаги Слой капсул расположен между двумя рядами электродов (сверху – прозрачных, снизу – непрозрачных), образующих координатную сетку (матрицу). 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 315 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. Так 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 пикселя), 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. Одно из преимуществ, заявленных для дисплеев, работающих по этой технологии, – умение изгибаться, но это не самая главная, а порой даже и вредная особенность. Гибкий экран может демонстрировать искаженные, искривленные изображения, приобрести «память формы», если будет долго находиться в свернутом состоянии, и помяться. Основными недостатками дисплеев на базе электронных чернил являются большая инерционность (время переключения пикселей составляет 260-500 мс), ограниченное количество воспроизводимых оттенков (8 оттенков серого в новых устройствах), большое время обновления по сравнению с ЖК-мониторами, что не позволяет производителям использовать сложные интерактивные приложения (анимированные меню, указатели мыши или скроллинг). Технология электронных чернил всегда находилась в развитии. Постоянно приходят известия о появлении новых подходов к их созданию. 316 Прежде всего появилась цветная электронная бумага, которая в целом строится так же, как монохромная, но включает тонкие окрашенные оптические фильтры. Множество точек разбиты на триады, как правило, состоящие из трех стандартных цветов: голубой, пурпурный и желтый (CMY). Цвета формируются так же, как и в других дисплеях. В той или иной форме электронная бумага разрабатывалась фирмами «Gyricon», «Philips», «Fujitsu», «Kent Displays» (холестерические дисплеи – англ, cholesteric), «Nemoptic» (бистабильный нематический дисплей – англ, bistable nematic – BiNem-технология), «NTERA» (электрохромные – nanochromics), «Е Ink and SiPix imaging» (электрофоретические). Некоторые разработки существенно отличаются от применявшихся ранее. Так, в одной из технологий создания электронной бумаги каждый ее пиксель представляет собой пустотелую герметичную ячейку, в основе которой лежит алюминиевая пластина, отражающая свет, а в центре ячейки – крошечные полимерные колодцы, заполненные углеродными чернилами. Сверху конструкцию прикрывает тонкопленочный прозрачный электрод из оксида индия олова. Напряжение, приложенное к электроду и подложке, заставляет чернила мгновенно вытечь из колодца и заполнить всю ячейку. После снятия напряжения чернила тут же собираются обратно в колодец. А поскольку резервуар занимает порядка 5 % от общей видимой площади, в «свернутом» состоянии чернила почти не видны. Для получения цветных пикселей авторы проекта решили применить светофильтры, наложенные поверх ячеек. Ширина одной точки в новом дисплее составила 100 мкм, а разрешение экрана – 300 точек на дюйм. Но главное преимущество новинки в другом. Новая бумага отражает 60 % падающего света (прежние разработки – 35-40%), а это уже сравнимо с обычной белой бумагой: у нее отражение – 85%. Значит, такая бумага с «бегающими» чернилами будет намного ближе по восприятию к печатной продукции, чем все предыдущие варианты. Второе преимущество новинки – время переключения пикселей между черным и белым состоянием. Оно составляет всего одну миллисекунду, что 317 даже быстрее, чем у хороших ЖК-экранов. Следовательно, новая бумага куда лучше приспособлена для воспроизведения видео. Появилась цветная бумага, которая использует принцип формирования изображения на основе отражающих жидких кристаллов (Reflex LCD). Группа ученых из Канады и Британии создала дисплей на базе управляемого синтетического опала, мгновенно меняющего цвет почти во всем видимом спектре. Компания «Qualcomm» представила технологию Mirasol, в основе которой лежат так называемые MEMS-элементы. Ее дисплеи сочетают преимущества стандартных жидкокристаллических экранов и технологии «электронных чернил» (E-lnk). Дисплеи имеют очень низкое энергопотребление и в то же время могут отображать полноцветные изображения. Были продемонстрированы образцы, способные отображать цветное видео с качеством 30 кадров в секунду. Уже сейчас существуют действующие образцы таких дисплеев с диагональю 5,7 дюйма и разрешением 1 024 х 768 пикселей, которые могут использоваться в связке с емкостными сенсорными экранами. Так что поиск лучших решений не прекращается. Предполагаемое применение электронной бумаги включает электронные книги, которые могут хранить цифровые версии многих литературных произведений, электронные вывески, наружную и внутреннюю рекламу. Электронные чернила (вторая версия) 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 318 использование уже хорошо знакомой электрофоретической (electrophoretic) технологии отображения, но использование капсул позволило сделать дисплей с использованием гибких пластиковых листов вместо стекла (см. рис. 13.3). Абсолютно другой принцип положен в основу электронной бумаги такими компаниями, как IBM, Philips, HP и Fujitsu, – последние уже продемонстрировали публике готовые устройства. Это модифицированные холестерические жидкие кристаллы (ChLCD), стабилизированные добавлением полимерных цепочек. Они работают точно так же, как обычные жидкокристаллические дисплеи, но при выключении питания последнее изображение остается видимым. Этот принцип считается одним из фаворитов, так как ЖК-дисплеи производятся массово, а следовательно, технология эта дешевая и отработанная. Кроме того, дисплеи на основе ChLCD тонкие (0,8 мм), их можно не только скручивать, но даже и складывать, для поддержания картинки не требуется энергии вообще, а для ее смены энергия расходуется в минимальных количествах. Изображение цветное, имеет высокие яркость, контраст, разрешение, а скорость обновления может быть достаточно высока для воспроизведения анимации. Электронные чернила (третья версия) 9 мая 2007 корпорация E-Ink объявила о выходе следующего поколения технологии электронной бумаги. Новая технология E-Ink получила название Vizplex™ Imaging Film, она отличается от предыдущей большим контрастом, белизной и скоростью. Данные электронные чернила производятся не в виде порошка, а в виде тонкой ленты с клейким основанием. То есть, при производстве экранов, достаточно просто наклеить эту пленку на пластиковую или стеклянную TFT-матрицу, и экран готов. 319 Рис. 13.4. Электронная бумага VizPlex Электронные чернила (четвертая версия) Летом 2010 г. компания E-Ink объявила о создании новой версии электронных чернил E-InkPearl. Pearl-экран четче отображает буквы, кроме того, значительно белее, поэтому текст читается еще легче. Также был расширен угол, с которого возможно чтение - как правило, электронная бумага имеет не очень большой угол, с которого возможно комфортное чтение; чуть отклонившись от устройства, можно видеть, что текст "тонет" в бликах. Теперь эта проблема решена, если не окончательно, хотя бы наполовину, сделан большой шаг вперед. Визуально старые экраны похожи скорее на газетные листы (сероватые), новые – на книжные страницы, хотя и не идеального качества, но скорее белые, чем серые. Рис. 13.5. Сравнение Pearl с бумажной книгой 320 Позже появилась новая версия Pearl – Pearl HD. Она отличается большим контрастом, более высокой ценой (пока) и отсутствем больших экранов (тоже, наверное, пока) Электронные чернила (пятая версия) (E-InkTriton, 2010 год) E-InkTriton – это первый цветной экран от E-Ink. Качество цвета – на уровне VizPlex. Широкого распространения пока не получил (были проблемы с производством). В качестве примера использования данного экрана на практике можно привести электронную книгу («ридер») компании Hanvon Technology: Рис. 13.6. Ридер от Hanvon и внешний вид экрана Triton Конкурентом Triton является электронная бумага Mirasol (тоже цветная). По словам разработчиков, новый экран обладает всеми преимуществами дисплеев на базе «электронной бумаги», дополняя их на 20% большим временем автономной работы и прекрасной читаемостью даже при ярком солнечном свете, несмотря на отсутствие мощной фоновой подсветки. Кроме того, экран отлично подходит не только для отображения текста и изображений, но и для воспроизведения видео. 321 Также, как и Triton, не нашла широкого применения (выпущен один ридер с таким экраном). По не которым данным компания-разработчик свернула все работы. Electro-wetting Электроувлажнение – специальная технология, которая с помощью электрического тока контролирует форму границы между разделенным водой цветным маслом. Когда напряжение не поступает, масло создает тонкую пленку между водой и водоотталкивающим изолирующим покрытием электрода, что в результате создает цветной пиксель. Когда между электродом и водой появляется напряжение, межфазное натяжение меняется, вода сдвигает масло в сторону и появляется прозрачный пиксель. Дисплеи, базирующиеся на электроувлажнении, обладают несколькими весомыми преимуществами. Во-первых, переключение между белым и цветным отражением происходит со скоростью, которой достаточно для того чтобы воспроизводить видеоконтент. Помимо этого, разработка чрезвычайно энергосберегающая, а дисплей довольно тонкий. Во-вторых, контрастность этих устройств не уступает, а иногда и превосходит иные отражающие дисплеи. К тому же данная разработка в будущем разрешит создать дисплеи в 4 раза ярче, чем отражающие ЖК и в 2 раза более яркие, нежели уже существующие различные передовые разработки в данной отрасли. Преимущества и недостатки Главным козырем электронной бумаги по сравнению с иными цифровыми девайсами, оборудованными ЖК-дисплеями, по праву можно считать значительно большее время работы без подзарядки. Технология, на основе которой разработана электронная бумага, дает возможность экономить энергию, потребляя ее только в том случае, когда на дисплее происходит изменение отображаемых данных. На данный момент одним из минусов дисплеев, разработанных на основе электронной бумаги, можно считать значительное время обновления по сравнению с обычными ЖК-экранами. Данный недостаток не дает возможности производителям «поставить на службу» более технологичные 322 элементы интерфейса, такие как анимированные меню, скроллинг, указатели мыши и т. д., которые повсеместно встречаются на компактных персональных устройствах. Подобная техническая недоработка больше всего проявляется на способности материалов, из которых создана цифровая бумага, отображать интенсифицированную часть огромного текстового либо графического материала на небольшом экране. Кроме всего, недостаточно яркий текст на e-paper-мониторе, да еще и чтение в плохо освещенном помещении довольно сильно сказывается на зрении, глаза попросту устают. А вот у технологии, на основе которой созданы жидкокристаллические дисплеи, данный конструктивный недостаток утрачен. Поэтому контрастность таких экранов в недостаточной освещенности только повышается, а графическая информация гораздо лучше воспринимается глазами. Превосходство над жидкокристаллическими дисплеями Электронная бумага отличается: низким энергопотреблением; наилучшей читабельностью: из-за маленьких размеров пикселя пользователь получает высочайшую яркость и контрастность; электронные чернила могут быть нанесены на любую поверхность, начиная от стен и досок объявлений и заканчивая майками и ценниками в розничных магазинах; их консистенция дает возможность сделать цилиндрические дисплеи, информативные на все 360°. 13.3 Характеристики электронных книг 1. Диагональ экрана – параметр, больше всего влияющий на цену устройства. Чем диагональ больше, тем выше цена «читалки». Большинство электронных книг имеет диагональ 6" (размер карманной бумажной книги). На сегодняшний день этот формат можно считать оптимальным – малые габариты позволяют свободно оперировать 323 устройством одной рукой и носить его в кармане, а размер экрана достаточен для комфортного чтения. Но если вы предпочитаете крупный шрифт и читаете быстро, лучше выбирайте среди экранов побольше – 8" или 10" (размер обычной бумажной книги). Дело в том, что плавность и скорость перерисовки экрана на «читалке» в разы ниже, чем на планшетах и смартфонах. На некоторых электронных книгах «перелистывание» страницы может занимать более секунды – как на бумажной книге. На маленьком экране «листать» придется чаще. Самые большие экраны «читалок» имеют диагональ до 13", но пользоваться таким – особенно в стесненных условиях – будет уже не очень удобно, да и цена на такое устройство кусается. 2. Разрешение экрана определяет четкость букв и отсутствие видимых «зубчиков» на них. Рис. 13.7 Экраны электронной книги и планшета с одинаковым разрешением при 26-кратном увеличении Технология производства экранов электронных книг отличается от той, что применяется в экранах планшетов – при одном и том же разрешении изображение на экране электронной книги будет выглядеть четче. Но и требования к качеству изображения на экране электронной книги выше, поэтому комфортное значение плотности пикселей (количества пикселей на дюйм экрана) у электронных книг даже чуть больше, чем у планшетов – около 170. Впрочем, такую плотность обеспечивают и самые бюджетные модели электронных книг с разрешением 800х600 – даже на 324 самой дешевой «читалке» изображение будет четче, чем на планшете сравнимого класса. Рис. 13.8 Плотность пикселей Экраны же дорогих электронных книг обеспечивают запредельную для других гаджетов четкость и плотность пикселей до 300 ppi – чтобы увидеть «зубчики» на таком экране, придется воспользоваться лупой. Объем встроенной памяти определяет, сколько книг сможет храниться на самом устройстве. Встроенная память в 4 Гб обеспечит хранение примерно 3000 книг на 200-300 страниц с 1-2 иллюстрациями. Объем встроенной памяти заметно влияет на цену устройства, поэтому имеет смысл обратить внимание на слот для карты памяти. При его наличии можно не переплачивать за встроенную память устройства, а организовать хранение библиотеки на сменных картах. Выбрав такой вариант, перед покупкой карты уточните максимальный объем карты памяти, поддерживаемый устройством. Операционная система Представленные сегодня в продаже «читалки» работают под управлением одной из двух систем: Android. Многие электронные книги под управлением этой системы позволяют установку сторонних программ под Android. На таком устройстве можно поменять стандартную программу для просмотра текстов, установить программы для просмотра специализированных графических форматов, 325 электронных таблиц и т.д. Это расширяет возможности электронной книги, по функциональности приближая ее к планшетам, особенно, если у книги есть сенсорный экран. Впрочем, далеко не всякая программа для Android запустится на электронной книге, и далеко не всякая запустившаяся будет обладать полным функционалом – все же возможности «читалок» и планшетов сильно отличаются. Часто встречающееся утверждение, что «читалки» с Android намного меньше работают без зарядки, верно лишь отчасти и зависимость эта намного меньше заметна, чем на смартфонах или планшетах. Другие параметры – особенности стандартных программ, настройки подсветки и автоотключения, дополнительные установленные программы и наличие сенсорного экрана влияют на время работы намного сильнее. Linux (μCOS и другие). Для электронных книг используются адаптированные сборки linux, лишенные многих библиотек, входящих в настольные версии этой системы. Поэтому обычные программы для linux на электронных книгах с большой вероятностью не запустятся. Хотя и существуют сторонние разработки на linux специально для электронных книг, их количество на порядки меньше, чем программ для Android. Поэтому, выбирая «читалку» под управлением linux, следует обратить самое тщательное внимание на удобство и функционал стандартных программ - заменить их, скорее всего, не получится. Основным преимуществом linux является то, что она предъявляет меньшие требования к «железу», и электронные книги под ее управлением обычно стоят дешевле. По этой причине раньше linux на электронных книгах встречался чаще. Но падение цен на микропроцессоры и рост их производительности эту разницу практически нивелировали, поэтому «читалок» на Android сегодня уже больше, чем на linux. |