Электронные чернила: как это работает и где применяется

Электронные чернила - уникальная технология дисплеев, позволяющая создавать изображение путем отражения света, а не излучения. Благодаря этому электронные чернила обладают свойствами: сверхнизким энергопотреблением, отсутствием дискомфорта для глаз и способностью сохранять статичное изображение годами.

Предпосылки создания электронных чернил

Традиционные дисплеи, такие как ЖК-панели, LED и OLED дисплеи, создают изображение путем излучения света. Для этого им требуется постоянная подача электроэнергии. Кроме того, они создают дополнительную нагрузку на глаза из-за яркости.

В то же время обычная бумага отражает окружающий свет, не нагружая зрение. Это послужило толчком для создания технологии электронных чернил, которая бы имитировала свойства бумаги.

Принцип работы традиционных дисплеев и их недостатки

В традиционных дисплеях, например ЖК, используется подсветка, просвечивающая сквозь слой с изображением. Это требует постоянной подачи энергии, а также создает дополнительную нагрузку на глаза, так как подсветке нужно "преодолевать" яркость окружающего освещения.

Основные недостатки такого подхода:

• Высокое энергопотребление
• Дискомфорт для глаз из-за яркой подсветки
• Невозможность долго работать без подачи энергии

Концепция электронных чернил как отражающих, а не излучающих экранов

В отличие от традиционных дисплеев, электронные чернила создают изображение за счет отражения внешнего освещения, а не собственной подсветки.

Это позволяет добиться свойств, схожих с обычной бумагой:

• Низкое энергопотребление - не нужно "бороться" с внешним светом
• Комфорт для глаз - нет яркой подсветки
• Сохранение статичного изображения долгое время без подачи энергии

Такой подход послужил основой для создания технологии электронных чернил.

История создания: от Gyricon до E Ink Corporation

Первая технология электронной бумаги под названием Gyricon была разработана в 1970-х годах в исследовательском центре Xerox. Она использовала вращающиеся цветные сферы со встроенным зарядом.

В 1990-х Джей Альберт, Баррет Комиски и другие изобрели еще один тип электронных чернил на основе микрокапсул с частицами и красящим маслом. На его базе они основали компанию E Ink Corporation.

Эта технология использовала явление электрофореза — перемещение заряженных частиц под действием электрического поля.

Благодаря применению гибких пластиковых листов вместо хрупкого стекла удалось создать гибкие экраны на основе электронных чернил.

Устройство электронных чернил: микрокапсулы, заряженные частицы, электроды

Ключевыми элементами электронных чернил являются:

1. Микрокапсулы с заряженными белыми и черными частицами
2. Электроды под каждой "ячейкой", создающие электрическое поле
3. Подложка из пластика или стекла

При подаче отрицательного поля белые частицы движутся к низу капсулы, обнажая черные, и наоборот — так формируется изображение по принципу матрицы.

После этого электричество можно отключить, а изображение сохранится годами за счет накопленного заряда частиц.

Преимущества технологии

К достоинствам электронных чернил относятся:

• Сверхнизкое энергопотребление - требуется только на смену картинки
• Отсутствие дискомфорта для глаз
• Сохранение статичного изображения в течение лет
• Простота и дешевизна производства
• Устойчивость к механическим повреждениям (в гибких дисплеях)

Эти достоинства обуславливают растущую популярность технологии электронных чернил.

Имеющиеся недостатки

Однако есть и недостатки:

• Хрупкость стеклянных дисплеев
• Высокая стоимость экранов большой площади
• Медленное обновление изображения - около 1 секунды
• Невозможность отображения видео и анимации

По этим причинам электронные чернила не годятся для смартфонов, планшетов и других "активных" устройств отображения информации.

Области применения электронных чернил на данный момент

На данном этапе электронные чернила нашли применение в двух основных областях:

1. Электронные книги и ридеры
2. Ценники в розничной торговле

Рассмотрим их подробнее.

Электронные книги и ридеры

Наиболее массовое применение электронные чернила получили в электронных книгах и ридерах, таких как Amazon Kindle. Благодаря отражательной технологии читать с экрана такого устройства значительно комфортнее, чем с обычного планшета.

Кроме того, ридеры на электронных чернилах обладают огромной автономностью - до нескольких недель без подзарядки. Это делает их идеальными устройствами для чтения в дороге или в отпуске.

Ценники в розничной торговле

Еще одно перспективное применение технологии - электронные ценники в магазинах. В отличие от бумажных, они позволяют оперативно менять цены, а благодаря крайне низкому энергопотреблению не требуют частой замены батареек.

Крупные розничные сети вроде MediaMarkt уже активно внедряют такие системы.

Перспективы

В планах производителей - расширение функционала электронных чернил.

В частности, ведутся разработки:

• Гибких цветных дисплеев
• Мониторов с диагональю до 25 дюймов
• Технологий для наружной рекламы

Это позволит применять электронные чернила в сферах, недоступных сейчас из-за технических ограничений.

Новые области применения в будущем

Помимо упомянутых выше перспективных направлений, в будущем электронные чернила смогут использоваться:

• В системах отображения информации в общественном транспорте
• Для цифровых плакатов и баннеров на улицах
• В качестве "второго экрана" для desktop ПК
• Для дизайнерских проектов в интерьере - "цифровые обои" и пр.

По мере совершенствования технологии и снижения стоимости производства новые области применения электронных чернил будут только расширяться.

Сравнение электронных чернил и жидкокристаллических дисплеев

Основное отличие электронных чернил от ЖК-дисплеев заключается в принципе формирования изображения. Если ЖК-матрицы используют встроенную подсветку, то электронные чернила работают за счет отражения внешнего освещения.

Благодаря этому электронные чернила обладают следующими преимуществами:

• Значительно меньшее энергопотребление
• Отсутствие дискомфорта для глаз при чтении
• Способность долго хранить статичное изображение без подачи энергии

Однако у ЖК есть свои сильные стороны - высокая скорость обновления, возможность отображать видео и анимацию, цветность.

Преимущества электронных чернил для здоровья

Многочасовое использование традиционных дисплеев может негативно сказываться на зрении из-за постоянной яркой подсветки.

Электронные чернила лишены этого недостатка, поскольку работают по принципу обычной бумаги. Согласно исследованиям, чтение с экрана на основе e-ink вызывает меньше усталости глаз.

Перспективные разработки в сфере электронных чернил

Сейчас ведутся активные исследования по улучшению характеристик технологии электронных чернил, в частности:

• Повышение скорости смены изображения
• Создание гибких и растяжимых дисплеев
• Удешевление производства

Это позволит расширить сферы использования электронных чернил и сделать их конкурентоспособнее по сравнению с жидкокристаллическими и OLED панелями.

Экологичность электронных чернил

В отличие от традиционных дисплеев, в составе электронных чернил отсутствуют токсичные вещества, такие как ртуть, свинец, кадмий.

Кроме того, за счет крайне низкого энергопотребления технология электронных чернил является более "зеленой". Это делает ее перспективной с точки зрения охраны окружающей среды.

Коммерческий потенциал электронных чернил

Несмотря на ряд недостатков, технология электронных чернил обладает большим коммерческим потенциалом в связи со следующими факторами:

• Растущий рынок электронных книг, где e-ink является наиболее подходящей технологией дисплеев
• Потребность ритейла в цифровизации и внедрении "умных" систем, таких как электронные ценники
• Перспективы применения в сфере наружной рекламы благодаря низкому энергопотреблению

Ряд крупных технологических компаний, таких как E Ink и Amazon, вкладывают значительные средства в развитие электронных чернил. Это также свидетельствует о потенциале данной технологии.

Препятствия на пути распространения технологии

Существуют определенные факторы, замедляющие еще более активное распространение электронных чернил:

• Высокая стоимость производства, особенно дисплеев большой площади
• Невозможность отображать видео и анимацию
• Консерватизм некоторых потребителей, привыкших к традиционным ЖК и бумажным носителям

Однако по мере совершенствования технологии эти барьеры будут преодолеваться.

Перспективы применения в рекламе и медиа

Благодаря уникальному сочетанию низкого энергопотребления, долговечности изображения и возможности создавать гибкие дисплеи, электронные чернила могут найти широкое применение в сфере:

• Наружной рекламы
• Оформления витрин магазинов
• Цифровых баннеров на выставках и конференциях

По мере совершенствования технологии, она также сможет использоваться для создания интерактивного принта, гибких дисплеев в общественном транспорте и даже "умной" одежды.

Выводы

Подводя итог, отметим уникальность технологии электронных чернил, сочетающей достоинства как цифровых, так и печатных носителей информации. Несмотря на ряд недостатков, ее потенциал очень велик. Можно ожидать, что в ближайшие годы электронные чернила займут еще более заметное место на рынке технологий отображения информации.