Дисплеи E-Ink: энергосберегающая альтернатива для LCD

Мы привыкли видеть в большинстве любительских проектов экраны на жидких кристаллах (LCD), а органические дисплеи OLED только-только начинают их теснить. Но есть ещё один любопытный тип дисплеев: электронная бумага e-Paper, которая встречается в основном на «читалках». Сегодня вполне реально использовать экраны E-Ink в своих самодельных устройствах на Arduino и Rapspberry Pi. Разбираемся, какие они бывают и в чём отличия между модулями.

Что такое E-Ink

Чтобы лучше понять суть электронной бумаги, нужно сперва ознакомиться с общим принципом работы электрофоретических дисплеев, к которым она относится. В таких устройствах пиксели имеют два устойчивых состяния, а переключение между ними происходит под действием электромагнитного поля.

В случае с электронной бумагой каждый пиксель — это микрокапсула с жидкостью и твёрдыми пигментными частицами (электронными чернилами), обладающими собственным зарядом. Благодаря этому частицы реагируют на электромагнитное поле и перемещаются в капсуле в зависимости от положительного или отрицательного заряда. Таким образом можно блокировать или отражать падающий свет и получать на экране монохромное изображение.

В этом и заключается одно из главных отличий дисплеев на электронных чернилах E-Ink от жидких кристаллов LCD: экран из электронной бумаги не требует постоянной подсветки, а изображение формируется лишь отражённым светом. При этом не происходит лишних преобразований светого потока, в то время как ЖК-дисплею нужна постоянная подсветка, которая проходит через два поляризатора и теряет интенсивность.

Кроме того, энергия расходуется только на переключение состояний электронных чернил, а чтобы поддерживать текущее изображение, дисплею E-Ink совсем не нужна энергия. Неудивительно, что эта технология завоевала себе нишу там, где нужно подолгу выводить статическое изображение под внешним светом — например, в электронных книгах.

Экран E-Ink: E-ink Flex, E-ink Pearl HD и E-ink Carta — преимущества и отличия

Home » Статьи » Техническая информация » Экран E-Ink: E-ink Flex, E-ink Pearl HD и E-ink Carta — преимущества и отличия

Техническая информацияЭл. книги

29.05.2020

С совершенствованием современных технологий книги отнюдь не утратили своей привлекательности. Они по-прежнему выпускаются в большом количестве, но при этом далеко не всем удобно их читать. Обычные книги слишком громоздкие и неудобные, чтобы их можно было просто так взять с собой. Хоть и многие предпочитают читать по дороге на работу, особенно если приходится далеко ехать, громоздкая книга далеко не всегда является лучшим, что можно положить в сумку. Поэтому книги читают в электронном варианте, благо, скачать их теперь очень просто, а ассортимент позволяет выбрать самую интересную.

Обычно в качестве устройства для чтения используется мобильный телефон или планшет. Если книга читается в домашних условиях, то это может быть ноутбук или экран монитора. Но у них у всех имеется один общий недостаток – они не предназначены для долгого чтения. Из-за некоторых особенностей строения их экранов остаточно длительное чтение вызывает усталость глаз, падение зрения и общее утомление. Зернистое изображение, которое вызывает искажение границ символов, хоть оно и небольшое, легко фиксируется глазом, что и вызывает неприятные эффекты. Поэтому и был разработан специальный E-Ink экран, который гораздо лучше подходит для чтения текста.

Экран E-Ink построен на микрокапсулах, в которых имеются чёрные и белые частицы, имеющие заряды с разными знаками. В качестве управляющего элемента здесь используется электромагнитное поле. Именно его воздействие изменяет цвет капсулы, который видит глаз человека: чёрный, белый или серый. Результат же превзошёл все ожидания: на экране удалось получить мелкозернистую картинку с чёткими краями между различными элементами. Такая конструкция оказалась крайне удачной, обеспечивая электронные книги свойствами, которые максимально подходят для их функций.

  • Высокая контрастность позволяет читать текст с экрана, не прилагая к этому больших усилий. Для чтения используются чётный и белый цвета, что делает изображение высококонтрастным. Такая конструкция фактически дублирует страницу обычной книги, что делает экран более привычным глазу.
  • Сам экран состоит из более мелких частиц, что делает изображение более качественным. На обычном экране, каким бы ни было разрешение, всё равно заметны отдельные пиксели, которые превращают границы символов в «гребёнку». Она буквально цепляет взгляд, что превращает чтение в достаточно утомительное времяпрепровождение. Экран E-Ink, например, у pocketbook, даже при большом увеличении не даёт таких эффектов. В данном контексте экран электронной книги ещё больше напоминает печатную страницу.

Технология E-Ink прошла достаточно долгий путь развития, на котором производители использовали несколько её модификаций. Постепенное совершенствование придавало всё более интересные характеристики используемым экранам.

Экран E-Ink Pearl HD.

Эта технология позволила увеличить размер экрана электронной книги до шести дюймов при разрешении 1024×758 точек с плотностью заполнения в 211dpi. Эту технологию взяла к себе на вооружение компания Amazon, выпустив электронные книги Amazon Kindle. Это позволило значительно увеличить качество создаваемой картинки и обогнать большинство конкурентов. В некоторых моделях контрастность изображения удалось увеличить до 12:1, что сделало картинку более чёткой, чем раньше.

Экран E-Ink Mobius (E-Ink Flex).

Одним из недостатков технологии E-Ink, применяемой в электронных читалках, является подложка: она стеклянная. Поэтому подобное устройство требует большой осторожности в использовании – неосторожный удар может легко вывести электронную книгу из строя. Хранить же её требуется исключительно в жестком футляре. Чтобы облегчить жизнь всем пользователям, стали использовать E-Ink Mobius, у которых экран изготовлен на полимерной подложке. Это делает электронное устройство более прочным и не подверженным повреждениям при незначительных ударах. Эта технология нашла широкое применение в изготовлении электронных книг с большой диагональю.

Экран E-ink Carta.

Использование этого поколения технологии характеризуется вводом нескольких новшеств. Одно из них – увеличение контрастности до значений 15:1. Это ещё больше увеличило качество изображения. Второе направлено на увеличение удобства использования электронной книги. Технология Regal в электронной книге ONYX BOOX позволила несколько сократить время пролистывания и перерисовки изображения. Ранее для этого экран попеременно заполнялся разными цветами, чтобы стереть остаточное изображение текста. Хоть до конца эта технология и не была реализована, но всё равно сделала использование этих электронных устройств более комфортным. Возможно, дальнейшее развитие технологии E-Ink подарит большие возможности.

Преимущества и недостатки

Как видно, технология электронной бумаги e-Paper обладает некоторыми выигрышными свойствами, но в то же время, у неё есть ряд недостатков, продиктованных технологическими ограничениями.

Плюсы

  • Сверхнизкое энергопотребление.
  • Дополнительная подсветка не нужна.
  • Хорошая читаемость изображения под прямым светом.
  • Свободные углы обзора.

Минусы

  • Ограниченная цветовая гамма, чаще всего — монохромная.
  • Ограниченное количество оттенков серого (от 2 до 16 градаций).
  • Относительно долгое время переключения пикселей (450 мс и выше).

Монохромные и цветные

Исходя из предыдущих пунктов, может показаться, что экраны E-Ink бывают только чёрно-белыми. На деле же электронные чернила бывают с разными пигментами: например, красного или жёлтого цвета. С их помощью получаются трёхцветные дисплеи, которые привносят дополнительные краски к привычному изображению.

Существуют также полноцветные экраны E-Ink, но они использовались только в дорогих электронных книгах и не получили широкого распространения, хотя работы в этом направлении по-прежнему ведутся.

Электронные чернила

Перед тем как перейти к рассказу о функциях и возможностях дисплеев разных ридеров, поговорим о плюсах и минусах технологии EInk («электронные чернила»).
E Ink — это дисплей, изображение на котором формируется частичками пигмента — белыми и черными гранулами. Они располагаются в небольших капсулах, наполненных прозрачной жидкостью. Изображение формируется за счет напряжения, прикладываемого к электродам капсул. Когда оно пропадает, все пигментные частицы остаются на своих местах благодаря силам Ван-дер-Ваальса и картинка сохраняется.

Плюсы:

Изображение на EInk экране формируется с помощью перемещения физических частиц пигмента, поэтому с точки зрения восприятия он напоминает бумагу.Эта особенность также положительно сказывается на зрении пользователя. Экран EInk меньше утомляет глаза при чтении (по сравнению, например, с LCD-дисплеями). Это связано с отсутствием мерцания дисплея, обычно вызываемого ШИМ, и поляризации света LCD-матрицей. Этот факт подтвердили специалисты из Университета Париж 8. Они провели эксперимент и установили, что при работе с электронной бумагой «усталость» зрения наступает медленнее.

Минусы:

Похожесть дисплея на бумагу также является его недостатком — читать с него в темноте не получится. Однако у некоторых ридеров есть подсветка (как она организована мы расскажем далее). Большинство экранов EInk монохромные и передают лишь 16 оттенков серого. В прошлом году был представлен цветной дисплей на базе электронных чернил, однако о массовом распространении подобных устройств на рынке пока говорить не приходится.

Как отметил автор блога Good e-Reader Майкл Козловски (Michael Kozlowski), цветные дисплеи EInk не пользуются популярностью из-за низкой контрастности и малого количества цветов — порядка 4096. Это не очень много по сравнению с LCD и их 16 млн оттенков.

Частичное обновление экрана

Типичный дисплей из электронной бумаги обновляется полностью, даже если меняется лишь часть изображения. В этом нет ничего страшного, поскольку расход энергии всё равно остаётся небольшим.

Но в некоторых моделях экранов E-Ink поддерживается функция частичного обновления: вместо того, чтобы «сбрасывать» весь экран, они обновляют только те участки изображения, которые изменились относительно предыдущего состояния. Это позволяет снизить энергопотребление до самого минимума и избавиться от мерцания изображения на той части экрана, где оно остаётся без изменений. Например, если вы выводите показания множества датчиков, а значение изменилось только у одного.

Преимущества электронных книг

Вы когда-нибудь задумывались, почему электронные книги так ворвались в нашу жизнь? Да просто, у них есть свои значительные преимущества:

Они экономят место

Некоторым людям посчастливилось иметь большие библиотеки для хранения своих книг. Но если у вас скромное жилище, а читать вы очень даже любите, то обычные бумажные книги, займут слишком много места. С электронными книгами таких проблем нет. Вы их можете хранить в памяти своего устройства, или даже в облачном хранилище. В любом случае, физического места, они занимать не будут.

Ведь только подумайте, в один жесткий диск вашего ПК, могут вместиться миллионы электронных книг. И сколько место займут обычные, бумажные книги.

Электронные книги экономят деньги

Многие электронные книги бесплатны. Да, некоторые из них просто пиратские, но есть много официально бесплатных книг. Но даже платные электронные книги, дешевле своих бумажных аналогов. Ведь на производство такой книги не нужно тратить бумагу, её не нужно печатать, прошивать и так далее. И доставить её в электронном виде, намного проще.

Электронные книги спасают окружающую среду

Не все из нас относятся с уважением к экологии. Но вы подумайте, книжная промышленность потребляет 16 миллионов тонн бумаги в год; это 32 миллиона деревьев. Да, электронные книги не спасут все эти деревья, но значительную часть спасут. И чистого воздуха на нашей планете станет чуточку больше.

Электронные книги удобны

Про объем занимаемого места я сказал выше. Но подумайте, насколько проще хранить целую библиотеку в кармане ваших брюк. Любую из книг, вы можете найти буквально за несколько секунд.

Но что еще меня привлекает в них, так это автоматические закладки. Перестал читать, отложил книгу в сторону. А открыв её спустя некоторое время, программа откроет вам книгу ровно на том месте, где вы закончили читать.

Возможность мгновенного получения книг.

Люди хотя получать всё и сразу. И что касается электронных книг, то здесь нет проблем. Вы просмотрели передачу, в ней автор упомянул книгу. Вы тут-же вбили её в поиск, нашли, и тут же скачали. Не нужно идти в книжный магазин, где выбор далеко не такой широкий, не нужно заказывать книгу по почте. Просто взяли, и скачали.

Вы можете изменить размер шрифта электронной книги

В зависимости от формата (кроме PDF) вы можете изменить размер шрифта электронной книги. Это особенно нравится тем, кто плохо видит. Больше не нужно щуриться или тянуться к очкам.

Хотя вы не можете изменить размер шрифта электронной книги в формате PDF, вы все равно можете увеличить масштаб на устройстве. Не так удобно, но все же то, что вы не можете сделать с книгой в мягкой обложке.

Какие бывают модули E-Ink

Если вы выбираете экран из электронной бумаги для создания собственных устройств, то вам попадётся несколько форм-факторов.

Голый экран представляет собой панель E-Ink без какого-либо обвеса, которая поставляется на стеклянной или гибкой пластиковой подложке. Такой элемент удобно встравивать в корпус устройства или клеить на поверхность, но с подключением придётся немного повозиться.

Дисплейный модуль — это законченное устройство, в котором уже есть экранная панель и необходимая обвязка на плате: драйвер, преобразователи питания и т. п. Если вы не хотите, чтобы экранный модуль свободно болтался на кабелях, его можно закрепить на 4 винта.

Если отталкиваться от модельного ряда компании Waveshare, то в нём представлены дисплеи E-ink с диагональю от 1,54 до 10,3 дюймов. Смотрите и выбирайте экраны и дисплейные модули E-Ink в нашем каталоге.

Что такое электронная книга (ebook) ?

Если вы посмотрите определение электронной книги в википедии, вы найдете следующее:

Электро́нная кни́га

(
Electronic book; e-book; eBook
) — версия книги, хранящаяся в электронном виде, и показываемая на экране, в цифровом формате.

Википедия

Довольно просто.

Но если вдаться в технические детали, то это не совсем так. Это не обязательно версия обычной печатной книги, (под определением книги, википедия дает определение печатной книги), экран, это тоже понятие растяжимое, ведь бывает экран в кинотеатре, бывают различные защитные экраны и так далее.

Электронная книга — это нередактируемая, переформатируемая книга, которая преобразуется в цифровой формат для чтения на любом цифровом устройстве, например на экранах компьютеров или мобильных устройствах.

Чтобы лучше понять, что такое электронная книга, давайте взглянем на ее характеристики.

Варианты подключения E-Ink

Экраны E-Ink отличаются не только форм-фактором, но и способом подключения к управляющей платформе — будь то Arduino, Raspberry Pi или другие платы. Конечно, можно заморочиться и распаять два десятка контактов на FPC-коннекторе, но мы предпочитаем более изящные решения!

Экраны удобнее всего подключать через соответствующие шилды: для Arduino используйте e-Paper Shield, а для Raspberry Pi подойдёт e-Paper Driver HAT. Вам потребуется только подключить шлейф экрана к плате расширения, а затем надеть её на платформу, как стандартный Shield. Вуаля, никаких заморочек с питанием и согласованием сигналов.

Дисплейные модули подключаются 8-контактным кабелем, который заботливо приложен в комплекте, к любой управляющей платформе с интерфейсом SPI. Это позволяет свободно использовать один и тот же экранный модуль в проектах на разных контроллерах.

Экран в виде Shield’а — фактически, это тот же дисплейный модуль, только заточенный для отдельных платформ. Например, экранные модули E-Ink для Raspberry Pi подключаются напрямую через GPIO-разъём, а заодно решают проблему монтажа.

Технология TFT

TFT — основа дисплеев это активная матрица на жидких кристаллах. По TFT-технологии изготавливаются экраны для навигаторов, компьютерных мониторов, мобильных телефонов и некоторых моделей электронных книг.

Достоинством таких экранов является четкое, яркое, чаще всего цветное изображение. Они отличаются высоким быстродействием, что дает возможность просматривать видеофильмы, играть в игры и, собственно, читать.

Но такие экраны всегда светятся изнутри, а также мерцают, поскольку изображение на них постоянно обновляется. И первое, и второе приводит к тому, что глаза при длительном чтении сильно устают. Мы считаем это основным недостатком TFT-экранов. Следующим существенным недостатком данных экранов является высокое потребление энергии. Заряда батареи книг с экранами на основе TFT-матриц хватает на считанные часы.

Источник: komvidpro.ru

getccleaner