В этой статье проследим развитие технологии электронных чернил и посмотрим на ее разнообразные применения и возможности. 

Технология e-ink  — это уже давно не только читалки. Электронные чернила потребляют в разы меньше энергии, снижают нагрузку на глаза, помогают увеличивать концентрацию и, по заверениям некоторых маркетологов, даже делают пользователей счастливее. Верить на слово мы им, конечно, не будем и в этом хабрапосте рассмотрим, чем хороши электронные чернила и где их используют. 

Краткая история технологии: цвет и свет

История электронные чернил берет начало в 1970-х годах в исследовательском центре компании Xerox в Пало-Альто (PARC). Идея заключалась в том, чтобы создать дисплей, информация на котором легко обновлялась бы. При этом он должен был вызывать у пользователя ощущение традиционной бумаги. Эти исследования привели к созданию Gyricon — типа электронной бумаги, в которой для отображения изображений и текста использовались вращающиеся бихромальные шарики. 

Зарождение электронной бумаги: «вращающиеся шарики» компании Xerox (источник: Google Patent Search)Однако возможности Gyricon были ограничены, и она так и не получила широкого распространения.

Следующая веха развития электронных чернил —1990-е года. Тогда исследователи из лаборатории Media Lab MIT начали работать над новым типом электронной бумаги. Эти исследования привели к созданию первого дисплея e-ink, где для создания изображений и текста использовались микрокапсулы, заполненные заряженными частицами пигмента, взвешенными в жидкости. Микрокапсулами можно было манипулировать с помощью электрического поля, что позволяло обновлять информацию на дисплее.

В 1997 году исследователи Media Lab MIT основали корпорацию E Ink. Тогда же началось и коммерческое использование технологии.

Подход E Ink отличался от Gyricon тем, что электрический ток не вращал отдельные цветные сферы в пленке, а изменение электрического заряда вращало маленькие цветные частицы внутри каждой сферы. Это позволяло получать более четкие изображения и улучшать градации серого и открыло путь к разработке активно-матричного дисплея E-Ink на электронной бумаге.

Дисплеи e-ink состоят из тонкой пленки, поверх которой находятся миллионы маленьких капсул, заполненных кучей частиц, плавающих в прозрачной жидкости. Все эти частицы окрашены в определенный пигмент: в серошкальных дисплеях эти пигменты будут либо черными, либо белыми.

После коммерческого применения чернил следующим шагом стало изобретение полноцветной цветной электронной бумаги. 

Новая технология, появившаяся в E Ink, — Advanced Color ePaper, которая похожа на цветовую модель CMYK. Вместо черного цвета используются белые частицы. Такой подход с использованием голубой, желтой и пурпурной капсул позволяет получить доступ к полноцветному спектру и создавать более детализированные цифровые дисплеи.

На Хабре есть перевод истории развития цветной электронной бумаги, поэтому не будем повторяться и приведем ссылку на эту статью. 

Текущее использование

По мере того как преимущества электронных чернил становились очевидны для компаний, они постепенно стали внедрять их в свои продукты. Например, в прошлом году китайская компания Beijing Dasung, производящая дисплеи на электронных чернилах, задумалась о внедрении экранов e-ink в мониторы, планшеты и смартфоны. Итогом стал Dasung Link, первый в мире телефонный e-ink монитор с 6,7-дюймовым дисплеем.

В прошлом году прошел слух, что Apple тестирует «цветные дисплеи e-ink» для «будущего складного экрана и планшетоподобных приложений». В посте говорится, что «у цветного EPD есть потенциал стать основным решением для необходимого экрана-обложки складных устройств благодаря превосходному энергосбережению». Если это произойдет, то ситуация станет более прогрессивной и интересной для пользователей смартфонов.

Этикетки и вывески

В управлении цепочками поставок электронные дисплеи активно применяются для мониторинга и регулирования товаров в режиме реального времени. Продавцам не нужно вручную менять цены, все делается дистанционно менеджерами. 

В мае 2023 компания E Ink объявила, что сделка, заключенная между Walmart и поставщиком электронных систем маркировки полок SES-imagotag, по развертыванию розничных IoT-сетей нового поколения в нескольких сотнях магазинов в США поможет стимулировать внедрение электронных ценников. Сделка предусматривает установку более 60 миллионов ценников. Компания заявляет о взрывном спросе на электронные ценники.

Кроме того, E Ink добивается значительного прогресса в разработке больших дисплеев на электронной бумаге для наружных и внутренних вывесок, а также для цифровой рекламы. В конце этого года компания планирует представить цветные дисплеи на электронной бумаге для наружной рекламы, используя новую технологию Kaleido (в которой массив цветных фильтров дополняет черно-белую пленку, создавая полноцветное устройство). Также к концу этого года или в начале следующего она планирует внедрить для этих целей технологию Spectra 6.

Spectra 6 обещает стать большим шагом для цифровых вывесок, где изображения можно периодически менять и легко обновлять без необходимости печатать что-то физически.

Компания E Ink пока не раскрыла полные технические характеристики Spectra 6, но, вероятно, та будет доступна в различных размерах с коэффициентом контрастности 30:1 и разрешением до 200 пикселей на дюйм. В каждой микрокапсуле содержится до шести различных цветовых частиц. E Ink пока не разглашает, сколько цветов может воспроизводить новая система чернил Spectra 6, состоящая из шести частиц, но образцы, показанные в апреле 2023 года, выглядят почти так же хорошо, как ЖК-экран.

Бытовые приборы

Экраны с электронными чернилами используются и в бытовых приборах. 

В 2022 году американская компания Pelican Wireless Systems выпустила термостат, оснащенный сенсорным экраном e-ink. В экране используется электронная бумажная дисплейная панель e-ink Carta HD, которую можно закрепить на стене. 

Минималистичный будильник Harmony, разработанный компанией Mudita, имеет 2,84-дюймовый дисплей E Ink с разрешением 480×600 и 270 PPI и поддерживает 16-битную шкалу серого, что делает экран часов легко читаемым при нормальном освещении. Внутри процессор Arm Cortex-M7 600 МГц, 4 ГБ внутренней памяти и 12 предварительно загруженных мелодий. Главное преимущество этого будильника — минимальный расход батареи (которой может хватить на месяцы).

Датчик температуры и влажности Cleargrass от Qingping также использует e-ink-дисплей. Он имеет сверхширокий угол обзора, а электронные чернила делают текст более четким.

Электронные чернила используются и в мониторах. В этом году Philips выпустила монитор с разделенным экраном, который включает в себя как черно-белую панель с электронными чернилами, так и полноцветный ЖК-дисплей. Монитор Philips 24B1D5600/96 объединяет лучшее из двух миров: слева расположен 24-дюймовый цветной ЖК-монитор, а справа 13,3-дюймовый e-ink дисплей.

А некоторые умельцы и сами добавляют дисплеи на чернилах в свои бытовые приборы. Например, в таком чайнике-таймере, напечатанном на 3D-принтере Ender-3, внутри находится Pimoroni Badger 2040 с дочерней платой часов реального времени, питается прибор от батареек типа ААА. Badger — плата на базе RP2040 со встроенным e-ink-дисплеем: дисплей нужно обновить только один раз при нажатии кнопки, и после этого он не потребляет энергию.

Дорожные знаки и таблички

Австралийская дорожная служба еще в 2015 году развернула первые в мире дорожные знаки e-ink в Сиднее. Каждый знак подключен через 3G к серверам государственных органов. Знаки оснащены подсветкой и на 100% самодостаточны: солнечные батареи обеспечивают минимальное количество электроэнергии, необходимое для замены знаков (власти утверждает, что в неподвижном состоянии дисплеи совсем не потребляют электроэнергию).

После успешных испытаний в центральном деловом районе Сиднея чиновники установили около 100 знаков по всему городу. Сидней — первый в мире город, где для управления дорожным движением используются знаки с электронными чернилами.

Вслед за Сиднеем, в Лондоне начали тестировать знаки на автобусных остановках с электронными чернилами. 

Городское транспортное агентство Лондона оборудовало автобусные остановки солнечными батареями, которые питают дисплеи e-ink. Экраны имеют размеры примерно 20 см в ширину и 90 см в высоту, как и реальные указатели. Помимо информации о прибытии автобуса на дисплеях можно увидеть расписание и карты маршрутов.

Цифровые табло легко читаются даже при ярком дневном свете, а для подсветки в темное время суток и для навигации предусмотрены кнопки. Электронная бумага потребляет гораздо меньше энергии, чем полноцветные дисплеи, что делает их экологически чистыми и доступными. Для загрузки информации по расписанию достаточно простого 3G-соединения. 

В 2023 году число e-ink дисплеев в Лондоне и пригородах выросло.

Чернильные смартфоны и прочие приборы

Казалось бы, зачем делать смартфон на электронных чернилах, учитывая все ограничения технологии? В отличие от ЖК- и OLED-экранов, которые могут обновляться с частотой 60 Гц и выше, дисплеи e-ink имеют частоту обновления около 1 Гц. Низкая частота обновления даже приводит к эффекту, когда остатки предыдущих изображений остаются видимыми на экране уже после обновления дисплея.

В первую очередь по соображениям энергоэффективности и читаемости. Дисплей расходует заряд батареи только тогда, когда изображение на экране телефона обновляется, и не будет разряжаться, пока неподвижен. Такой дисплей отлично читается при солнечном свете. 

Первым телефоном такого рода стал Motorola Motofone F3, выпущенный в июне 2006 года и разработанный для рынков Азиатско-Тихоокеанского региона. У F3 был первая версия экрана Digital Paper. Поскольку весь дисплей был из чистого пластика, его можно было ронять без опасений, а время зарядки измерялось не часами, а днями или неделями. 

В России тоже была попытка интегрировать e-ink дисплеи в смартфоны. В 2013 году YotaPhone представил смартфон, который имел традиционный ЖК-экран на передней панели и e-ink дисплей на задней. Этот дополнительный e-ink экран обладал энергоэффективностью и возможностью чтения под прямыми солнечными лучами.

Китайская компания Hisense была единственной компанией со времен YotaPhone, которая сосредоточилась на смартфонах с дисплеями на электронных чернилах. В ее девайсе HiSense A9 дисплей E Ink Carta 1200 использовался как основной. На устройстве можно смотреть видео, играть в игры и даже делать фото —  камера при этом весьма тормозит, но выдает в целом рабочий результат.

Hisense A9: подробный обзор E-ink смартфона

Компания выпустила несколько смартфонов в этой серии, которые обрели своих поклонников. В начале 2023 был выпущен обновленный Hisense A9 Pro. Однако сейчас ходят слухи, что Hisense все же уйдет с рынка смартфонов на электронных чернилах.

Курьезы и необычные проекты

Выше шла речь про напечатанный «чайник» с дисплеем e-ink. А вот еще любопытные DIY-проекты, использующие эту технологию.

Начнем с по-настоящему важного: монитора брожения пива. В проекте использован наклонный гидрометр и ESP32. Библиотека Firebase служит для хранения данных до тех пор, пока они не будут готовы к извлечению на e-ink дисплей ESP8266 каждые 20 минут. А пользовательская библиотека шрифтов и минималистская рамка из ИКЕА объединяют все это в эстетически приятную систему мониторинга пива.

Инженер Джон Лоффлер собрал CRYPTOiNK — 7x7-дюймовый e-ink дисплей с интерфейсом, который отображает до семи криптовалют и их состояние на рынке в режиме реального времени. Дисплей Waveshare e-ink может отображать и красный цвет, что позволяет отмечать падения валюты за последние 24 часа и сразу обращать на них внимание.

Лоффлер сделал 3D-печатный корпус для размещения всех компонентов, который отлично крепится к холодильнику с помощью нескольких магнитов.

Реддитор Echo-Lalia, возможно, создал первого в мире электронного таролога. Устройство работает на плате Waveshare RP2040-Plus (клон Raspberry Pi Pico), при нажатии кнопки 3,7-дюймовый E Ink дисплей Waveshare показывает карты таро с помощью случайного электромагнитного шума, дополненного глюками для усиления цифрового мистицизма.

«Таролог» размещен в 3D-печатном корпусе с двумя переключателями, кнопкой и преобразователем костной проводимости для звуков, и все это питается от 3 батареек типа AAA. 

Пользовательский код используется для генерации случайного начального числа из выводов АЦП, анимация визуализирует считываемый им шум. Затем случайным образом программа «вытягивает» одну из 78 карт Таро Рейдера-Уэйта: с вероятностью 1/4 вытаскивает ее перевернутую и с вероятностью ~ 1/20 применяет к ней случайный «глюк». Она также отображает ключевые слова для карт, которые вытягивает, и включает альтернативные ключевые слова для перевернутых карт.

Перспективы

Спрос на экологически безопасные решения, сверхнизкое энергопотребление и способность технологии e-ink сохранять изображения без постоянного питания растет, что открывает ей огромные перспективы. 

По мере развития технологии можно ожидать и снижения стоимости дисплеев. По мере повышения эффективности производственных процессов и эффекта масштаба цена на экраны с электронными чернилами будет снижаться. Это сделает такие устройства более доступными.

В мае этого года компания E Ink заявила, что расширяет сотрудничество с MediaTek для разработки усовершенствованных текущих систем на кристалле (SoC) для электронных книг. Компания также планирует в ближайшие годы запустить пятую и шестую производственные линии. E Ink утверждает, что спрос на устройства для чтения электронных книг все выше и выше, и подобные устройства постепенно вытесняют традиционную бумагу.

НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:

-15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.