Диссертация (1095031), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Таким образом, электронная бумага позволяетрешить проблемы, связанные с недостатками других современных устройств,которые используются для чтения, а именно проблему увеличения времени автономной работы, проблему утомляемости зрения.Первая технология электронной бумаги, названная «Герикон», была создана в 70-х годах прошлого века в исследовательском центре Xerox PARC НикомШеридоном [16]. Дисплей создали на основе двухцветных полиэтиленовых микросфер диаметром 75-105 мкм. С одной стороны каждая микросфера покрывалась полимером черного цвета с отрицательным зарядом, с другой — белого сположительным. Сферы помещались в полости, заполненные маслом в прозрачном слое силикона, где они могли свободно вращаться.
Общий вид представлен на рисунке 1.2. В зависимости от полярности напряжения, подаваемого наэлектроды, сферы поворачивались либо черной, либо белой стороной, формируяизображение. Принципиальная схема представлена на рисунке 1.3.Рисунок 1.2 — Срез дисплея на основе технологии «Герикон»Рисунок 1.3 — Принцип работы дисплея на основе технологии «Герикон».1 — полимерная основа, 2 — прозрачный электрод, 3 — эластомер, 4 — полость,заполненная маслом, 5 — управляющие электроды, 6 — двуцветная микросфера14В 90-х годах появилась альтернативная технология. Джозеф Якобсон предложил наполнить капсулы темным непрозрачным маслом и частицами диоксидатитана со средним размером 1 мкм [20]. Направление электрического поля наэлектродах определяет, поднимутся ли белые частицы к поверхности со стороны наблюдателя и пиксель будет светлым, или масло будет поглощать свет ипиксель будет темным.
Размер каждой капсулы составляет всего 40 мкм. Принципиальная схема представлена на рисунке 1.4.Рисунок 1.4 — Принципиальная схема технологии, разработанной ДжозефомЯкобсоном. 1 — прозрачный электрод, 2 — микрокапсула, 3 — окрашенноемасло, 4 — управляющие электроды, 5 — отрицательно заряженный пигментВ коммерческом виде данная технология реализовалась в электронной бумаге, производимой компанией SiPix. Отличие заключается в форме капсул — уданного производителя они представляют из себя микроячейки, которые изготавливаются в полимере теснением. Вид ячеек и общее строение представленына рисунке 1.5.Рисунок 1.5 — Вид ячеек и общее строение дисплея, произведенного компаниейSiPix.
1 — полиэтиленовая основа, 2 — прозрачный электрод,3 — диэлектрическая жидкость, 4 — положительно заряженный пигмент,5 — управляющий электрод, 6 — клейкий слой, 7 — герметизирующий слой15Далее возникла задача повышения контрастности данной электронной бумаги и было предложено два варианта решения этой задачи. Первый — увеличить глубину ячеек. Это приводило к увеличению оптической плотности пикселей в темном состоянии, но снижало скорость смены изображения и не решалопроблему в связи с тем, что в светлом состоянии часть масла оставалась видимой и увеличивало оптическую плотность пикселя в светлом состоянии. Второйпуть — замена темного непрозрачного масла на темный пигмент и прозрачнуюсреду, что позволяло повысить контраст, но удорожало технологию производстваэлектронной бумаги [21].Компания E-Ink, основанная в 1997 году, пошла вторым путем и разработала технологию, использующую два пигмента с различными зарядами и окраской,помещенные в прозрачное масло.
Удалось добиться меньшего расстояния междукапсулами по сравнению с электронной бумагой от SiPix, что также сказалосьна контрастности дисплея [22].Технология компании E-Ink широко распространена в настоящее время вмобильных устройствах для чтения. Компания взяла за основу исследованияэлектрофореза (свойство заряженных частиц перемещаться в жидкости под действием электрического поля), начатые в Media Lab Массачусетсского технологического института [23].
Дисплей использует множество микрокапсул диаметром около 100 мкм. В каждой капсуле содержится прозрачное масло, в которомплавают положительно заряженные белые частицы и отрицательно заряженныечерные. При подаче на электроды электрического тока частицы соответствующего цвета всплывают к обозреваемой поверхности, так что для наблюдателя этотпиксель будет выглядеть как белый или черный (рис.
1.6). Яркость и разрешениеэлектронной бумаги, изготовленной на принципах электрофореза, оказались выше, чем у Gyricon и выше, чем у дисплеев SiPix, использующих то же явление.Однако все методы обеспечивают только монохромное изображение. Основнойнедостаток электронной бумаги на явлении электрофореза — невысокая скоростьобновления рисунка, так как для перемещения частиц внутри микрокапсулы требуется определенное время.Электронная бумага данного типа состоит из пяти слоев (рис.
1.7): первый— это подложка для придания жесткости, второй слой — матрица управляющихэлектродов, необходимая для управления изображением на дисплее. Третий слой— в нем располагаются микрокапсулы, заполненные прозрачным маслом, в кото-16Рисунок 1.6 — Принципиальная схема работы дисплея, использующеготехнологию E-Ink. 1 — прозрачный электрод, 2 — микрокапсула, 3 — прозрачноемасло, 4 — управляющие электроды, 5 — отрицательно заряженный черныйпигмент, 6 — положительно заряженный белый пигментром плавают два вида частиц: черный и белый пигмент. Четвертый слой — слойпрозрачного электрода.
Между ним и вторым слоем создается электромагнитноеполе, необходимое для реализации явления электрофореза. Между этими слоямиможет создаваться поле с различными значениями напряженности и при помощипоследовательности разных напряжений создается 16 градаций тона. Последнийслой — защитный слой из стекла или пластика, закрывающий хрупкие элементыдисплея от внешнего воздействия [24].Рисунок 1.7 — Строение электронной бумаги1 — подложка, 2 — матрица электродов дисплея, 3 — микрокапсула,4 — отрицательно заряженный черный пинмент, 5 — положительно заряженныйбелый пигмент, 6 — прозрачный общий электродФотография слоя с управляющей матрицей представлена на рисунке 1.8.Использование такого элемента позволило упростить производство электронной17бумаги, так как аналогичная матрица применятеся в ЖК-дисплеях.
Фотографиипоказывают, что они имеют квадратную форму, ортогональное расположение,что должно обеспечивать симметрию разрешающей способности по вертикалии горизонтали.Рисунок 1.8 — Микрофотография матрицы электродов дисплеяМикрокапсулы имеют хаотическое расположение и случайный размер, таккак они производятся химическим путем – инкапсуляцией. Размеры микрокапсул колеблются в пределах от 40 до 130 микрон.
В готовых дисплеях могутвстречаться поврежденные капсулы, которые не реагируют на изменение электромагнитного поля, а также зазоры между ними, что создает шум в изображении. Толщина стенки микрокапсулы составляет около 0,5 мкм. Размер частицпигмента колеблется около 250 нанометров. Частица пигмента покрывается слоем прозрачного полимера, способным на протяжении долгого времени сохранятьзаряд. Вид частицы пигмента показан на рисунке 1.9.
Суммарная толщина дисплея, включающая все 5 слоев, составляет 1,2 миллиметра [21; 24; 25].Так как положение элементов управляющей матрицы и микрокапсул независимо, граница электрода может попадать на середину капсулы и тогда даннаякапсула тоже задействуется, но не полностью, что вызовет размытие границы. Всоответствии со строением дисплея на один управляющий элемент приходитсямножество микрокапсул, и можно спрогнозировать нерезкость края вследствиевозможного влияния управляющего элемента на соседние микрокапсулы путемэлектромагнитного воздействия. Еще одной проблемой, связанной с взаимным18Рисунок 1.9 — Вид пигмента. Слева частица пигмента, справа частицапигмента, покрытая полимеромпритяжением частиц пигмента и другими взаимодействиями внутри ячейки, является остаточное изображение.Устройства чтения на основе электронной бумаги на технологии E-Ink массово стали появляться в 2007 году.
В этом же году издательство и интернетмагазин Amazon выпустило свое первое устройство чтения, что дало большойтолчок развитию данного типа устройств и электронному книгоизданию, так какэтот опыт показал заинтересованность людей в данных устройствах и электронных изданиях [26].В 2012 году компания E-Ink приобрела компанию SiPix и с этого моментаэлектронная бумага E-Ink стала единственной коммерчески успешной технологией [25].Для создания цветного дисплея компания E-Ink объединила усилия с японской компанией Toppan Printing, которая занимается выпуском цветных фильтров.
E-Ink Triton — технология, которая позволяет сделать устройство чтенияцветным. Он представляет собой такой же дисплей, как и черно-белый E-Ink,но с нанесенными сверху тонкопленочными светофильтрами. Принцип работы данного дисплея представлен на рисунке 1.10. Особенностью является также наличие четырех субпикселей (RGB+W) для образования одного цвета, этонеобходимо для сохранения контрастности дисплея и для расширения цветовогоохвата [21].Исследователи из университета Цинциннати и компании Sun Chemicalsпредложили использовать для электронной бумаги обычные пигментные чернила. Суть технологии в том, что каждый пиксель состоит из площадки, на которую под действием электрического напряжения из резервуара попадает краскаи пиксель становится окрашенным [27].19Рисунок 1.10 — Принципиальная схема работы дисплея, использующеготехнологию E-Ink Triton.
1 — управляющие электроды, 2 — отрицательнозаряженный черный пигмент, 3 — положительно заряженный белый пигмент,4 — прозрачный электрод, 5 — цветной светофильтр, 6 — светофильтр синегоцвета, 7 — светофильтра зеленого цвета, 8 — светофильтр красного цвета,9 — прозрачный элементДанная технология весьма перспективна для цветных дисплеев. Дело втом, что в традиционной электронной бумаге для формирования цветного изображения используется сложная система фильтров, что делает дисплей очень дорогим. По новой технологии один пиксель может состоять из нескольких субпикселей основных цветов, например, CMYK.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
