IT История

Совсем недавно на страницах нашего журнала анализировалась ситуация на рынке ЖК-дисплеев - наиболее популярной технологии визуализации в цифровых устройствах потребительского класса. Однако не стоит забывать о том, что в этой области существуют и другие, альтернативные разработки, имеющие конкретные практические воплощения.

Об одном из таких экзотических направлений в развитии средств отображения информации и пойдет речь в данной статье.

Приходилось ли вам сталкиваться с термином электронные чернила ? Электронные чернила , электронная бумага , гибкие дисплеи - все это схожие понятия, в сущности обозначающие технологии визуализации нового поколения. Представьте себе тонкий невесомый аппарат - не то сотовый телефон, не то миникомпьютер - одним словом, гаджет, аккуратно свернутый в конвертик или в трубочку. Он покоится на дне сумки или кармана, ожидая своего часа, когда владелец развернет его широкий вместительный экран и приступит к работе. Фантастика? Отнюдь. Между прочим, ничего экзотического в этом нет - ведь, образно выражаясь, это уже даже не светлое завтра и не сегодня, а состоявшееся вчера. Дисплеи, подверженные пластическим деформациям, были разработаны некоторое время назад, и технология, лежащая в их основе, уже имеет свою историю. На пути ее массового распространения существует множество препятствий, однако, вопреки мнению скептиков, разработки в данной области активно продолжаются, в чем можно убедиться, дочитав этот материал до конца. Но вначале - небольшой экскурс в прошлое.

Бумагу, сударь, бумагу!

Технологический бум конца XX-го века затронул практически все области жизнедеятельности человечества. Очевидно, что рано или поздно в фокус научной мысли обязан был попасть такой несовершенный инструмент хранения информации, как бумага. Она служила людям на протяжении столетий, и до сих пор ей находится самое разнообразное применение. Но цена информации, а также скорости и удобства доступа к ней в современном мире стремительно растет, а бумага уже исчерпала лимит доверия: книги переиздаются в электронных форматах, журналы и газеты совершают экспансию с печатных носителей в глобальную сеть Интернет. На первый план выходят информационные технологии и устройства работы с оцифрованной информацией. Однако консерватизм людей и приверженность к определенным формам подтолкнула ученых к поиску путей для создания альтернативного носителя информации, который бы являлся средством отображения электронных данных и одновременно сохранил некоторые физические свойства бумаги.

Успех пришел в 1997 году, когда сотрудники знаменитого американского Массачусетского технологического института сумели разработать свой уникальный рецепт и объявили о создании новой, перспективной технологии формирования изображения. Груз ответственности за будущее этой разработки взвалила на свои плечи корпорация E Ink, созданная в том же самом 97-м году неподалеку, в городе Кембридж, штат Массачусетс. Однако помимо совершенствования и дальнейшего развития новой технологии компания должна была научиться зарабатывать на ней деньги, инициируя производство и продажу в массовое пользование соответствующих устройств. Поэтому основатели и руководители E Ink открыли дополнительный офис в столице одной из самых высокотехнологичных держав мира - Японии, в Токио. Дела E Ink поначалу шли весьма неплохо: благодаря энтузиазму руководства компании удалось найти и собрать под свои знамена весьма сильных союзников в лице некоторых известных мировых вендоров. Как говорится, одна голова - хорошо, а две - хорошо, хорошо!

Одним из первых и, пожалуй, ключевых компаньонов E Ink, стала корпорация Philips, а точнее одно из ее подразделений. В начале 2001 года Philips Components и E Ink объявили об объединении усилий в области разработок дисплеев с высоким разрешением на базе технологии электронных чернил . Кроме того, подразделения Philips Venture Capital и Philips Components выразили стремление инвестировать в исследовательские программы в данной области столько средств, сколько потребуется до начала коммерческой реализации новых продуктов. При этом E Ink брала на себя обязанности оттачивать саму технологию, тогда как Philips, получив права на производство модулей для конечных продуктов в мировом масштабе, сконцентрировалась на проектировании матричных панелей и других электронных компонентов для дисплеев нового поколения. Примерно через год после начала сотрудничества компании объявили о том, что уже в 2003 году планируется запустить в массовое производство некоторые теоретические наработки. К сожалению, обещание оказалось невыполнимым.

Весной 2001 года в стратегический альянс с E Ink вступила компания Toppan Printing, специализирующаяся на производстве цветных фильтров для LCD-мониторов. По условиям соглашения Toppan изрядно протратилась, инвестировав в E Ink внушительную сумму денег и получив в обмен на это эксклюзивное право в мировом масштабе на производство цветных фильтров для устройств на базе электронных чернил . Первые прототипы соответствующих продуктов были представлены уже в конце 2001 года, после чего Toppan Printing пошла на дополнительное инвестирование в данный проект.

В погоне за инвестициями E Ink удалось найти общий язык с Lucent/Bell Labs: в рамках их сотрудничества была лицензирована технология пластиковых транзисторов Bell Labs, которая, в свою очередь, вложила немалые деньги в разработку гибких дисплеев.

В разное время в борьбу за гибкое будущее дисплеев включились также Air Products and Chemicals и VST (Vossloh System-Technik). Последняя компания является представителем европейской транспортной индустрии, мечтавшая использовать символьные дисплеи на базе электронных чернил в качестве интегрированных элементов информационной системы для пассажиров.

В середине декабря 2002 года в ходе международной конференции Flat Displays состоялась публичная премьера практических воплощений анонсированной технологии E Ink. Публике были представлены несколько прототипов экранов нового поколения. Толщина монохромных дисплеев с диагональю 1.6 (80dpi) и 3 (96dpi, 240x160 точек) составляла три десятых миллиметра. Однако наибольший интерес со стороны аудитории вызвал дисплей с диагональю 6 , в котором реализована контрастность 9:1, поддержка SVGA-режима и двухбитные оттенки серого цвета. Благодаря отражающей поверхности экрана и сравнительно высокому разрешению информацию можно было читать практически под любым углом и даже при ярком освещении. Изображение, выводимое на такие экраны, очень напоминало распечатку на бумаге. Правда, частота его обновления оказалась более чем скромной - всего 4 герца. 6-дюймовой диагонали такого экрана вполне достаточно для того, чтобы создавать на его базе портативные персональные цифровые устройства для работы со статичными текстовыми документами, не требующими скоростной смены кадров. По прикидочным оценкам компании Philips, разработавшей всю начинку представленного на конференции дисплея, вес таких устройств вместе с элементом питания не должен превышать 400-500 г. При этом гибкие экраны могут быть подвержены деформации сворачивания без порчи, позволяя инженерам существенно сократить габариты основанных на них продуктов.

Электронные чернила в действии

Изюминка технологии электронных чернил заключается в ее сходстве с принципами струйной печати. Концептуальный гибкий дисплей состоит из трех тонких слоев, включающих подложку из металлической (а точнее, стальной) фольги, тонкопленочные транзисторы и, собственно, сами электронные чернила . Его толщина при этом может колебаться в пределах от 0,3 до 2 мм. Электронные чернила представляют собой тонкий активный слой, состоящий из множества маленьких прозрачных капсул, содержащих внутри себя настоящие чернила - микроскопические капельки черной и белой краски. Принцип формирования изображения посредством технологии E Ink основывается на эффекте неоднородного поведения таких капелек в условиях электрического поля, попадая в которое, они действуют по-разному. Черные красящие частички, заряженные положительно, отталкиваются от положительно заряженного электрода и притягиваются к отрицательному, тогда как отрицательные белые ведут себя с точностью до наоборот. Тем самым в каждой капсуле происходит сортировка разномастных капелек по внутренним стенкам. В качестве электрода выступает стальная подложка. В нейтральном состоянии все частички краски находятся внутри капсулы в произвольном положении, словно повинуясь команде вольно . Однако появление и последующая смена заряда (положительный, отрицательный) на подложке или ее участке приводит к изменению положения капелек. Перемещаясь во фронтальную часть капсулы, обращенную к пользователю, капельки образуют черный или белый пиксель. Регулирование зарядов электрода и положения капсул позволяет добиться вывода монохромного изображения на экран. С помощью сочетания активного слоя (электронных чернил) со стальной подложкой и тонкопленочными транзисторами можно произвести символьную или сегментную матрицу, управляющую электродами, которая сможет создавать составные изображения.

Такова базовая концепция электронных чернил . Любопытно, что даже после снятия напряжения в течение некоторого времени такие дисплеи могут продолжать удерживать картинку. Понятно, что энергетические затраты на управление состоянием каждого пикселя, формируемого посредством капсул, сводятся к минимуму, что позволяет создавать на базе этой технологии весьма экономичные в отношении энергопотребления продукты. Это существенный плюс. Однако заслуга E Ink и партнеров-разработчиков также заключается в том, что разработанные на базе технологии электронных чернил дисплеи могут быть подвержены механическим деформациям - в частности, их можно сгибать с радиусом кривизны до полутора сантиметров без ущерба для функционирования, а информацию можно просматривать практически под любым углом.

Итак, новое концептуальное решение внешне мало чем отличается от бумаги: на ней нельзя рисовать, но можно воспроизводить необходимые изображения, меняя их с помощью управляющей матрицы. Картинка отличается завидной четкостью, отсутствует характерное мерцание дисплея. Использование цветовых фильтров позволяет производителям раскрасить электронную бумагу в разные цвета, при этом цветопередача не страдает при изменении угла обзора. Следствием гибкости является также прочность (стойкость к ударам) и долговечность таких дисплеев.

Казалось бы, плюсов у новой технологии много, но есть и существенные минусы:

- инерционность дисплея (медленная частота смены кадров) серьезно ограничивает его применение, поскольку большинство современных мобильных устройств постоянно использует динамичную графику;

- электронная бумага отражает свет и не нуждается в дополнительной подсветке, однако конструкция гибких дисплеев ее и не предусматривает - а это значит, что в темном помещении при отсутствии источников света работать с таким дисплеем можно только на ощупь и вслепую;

- гибкость экрана волей-неволей искажает изображение, кроме того, любой эластичный материал имеет определенные пределы прочности - а это значит, что, будучи многократно свернутым, он может перестать разворачиваться до конца, постоянно демонстрируя искажения картинки и вызывая вполне объяснимый дискомфорт при работе с ним.

Недостатки перевесили чашу весов не в пользу гибких дисплеев - производители посчитали, что разработка еще сыровата и не готова для массового распространения. Однако, несмотря на то, что страсти вокруг электронных чернил постепенно улеглись, а ажиотаж сменился разочарованием, первопроходцы не бросили свое детище, продолжая оттачивать и совершенствовать технологию. И вот что из этого вышло...

Гаджеты в рулонах

Казалось бы, электронную бумагу не приняли - в 2004 году разработка словно ушла в тень, о ней поступали лишь обрывочные слухи с полей , никакой конкретики. Однако с наступлением 2005 года ситуация переменилась и в потоке новостей стали улавливаться знакомые нотки.

В феврале компания PalmOne неожиданно объявила о получении патента в соответствующем бюро в США. В документе был подробно описан новый концептуальный продукт компании - КПК с функциями радиотелефона, оснащенный гибким двусторонним складным дисплеем. При желании для увеличения площади изображения дисплей можно развернуть и работать с текстовыми документами или веб-браузером. Любопытно, что заявка на патент подавалась в начале 2001 года, а выдан он был лишь в 2005-м. О сроках начала массового производства и продаж такого устройства пока можно только гадать, однако, согласитесь, что КПК - это уже не просто абстрактный прототип, демонстрирующий возможности технологии, а вполне законченный продукт на ее основе.

Весной в ходе ювелирной выставки BaselWorld 2005, проходившей в Швейцарии, японские корпорации Seiko Watch Corp и Seiko Epson Corp представили на суд посетителей их стенда эксклюзивную модель наручных часов, в которых в качестве дисплея использовалась электронная бумага (а, точнее, небольшой ее клочок - 3 см в ширину и 9 см в длину). Монохромный дисплей с контрастностью 10:1 благодаря своей гибкости изящно вписался в дизайн корпуса устройства.

То были первые ласточки в текущем году, обозначившие очередную волну интереса к отвергнутой было производителями гаджетов технологии. Новостей о демонстрации то тут, то там необычных устройств с гибкими дисплеями становилось все больше. Один из наиболее интересных и любопытных продуктов - анонсированное в конце сентября коммуникационное устройство Nokia 888. Оно обладает эксклюзивным дизайном, над которым изрядно поработал Тамер Накиши (Tamer Nakisci). В результате получилось нечто тонкое, плоское, широкое и гибкое, внешне напоминающее прокладку. Устройство можно скрутить в трубочку, сложить пополам, и вообще пользователь обладает возможностью экспериментировать с его формами. Среди использованных в Nokia 888 технологий присутствует распознавание речи, гибкий экран, сенсорное тело аппарата, чувствительное к прикосновениям, а также встроенные элементы питания. Пока не очень понятно, как будет позиционироваться данный продукт, а также когда он появится в продаже (и появится ли вообще), однако если это произойдет, Nokia в очередной раз существенно расширит кругозор пользователей мобильных телефонов.

Совсем недавно, наконец, напомнила о себе и компания E Ink. Сообразили на троих : совместно с подразделениями LG и Philips, занимающимися LCD-мониторами, был разработан и представлен новый прототип гибкого электронного дисплея с самой большой в данной отрасли диагональю - 10,1 . Использованная в качестве средства визуализации электронная бумага создана на основе пленки E Ink Imaging Film. Подложка представляет собой стальную фольгу, разработанную компанией Nippon Steel Corporation и производимую японской корпорацией Sumitomo Corporation. По заявлению производителей, образец поддерживает режим SVGA (разрешение 800x600 точек), четырехуровневую градацию серого, контрастность 10:1. При этом толщина экрана составляет 300 мкм, а изображение сохраняется на нем без постоянного питания, подача которого требуется лишь во время смены картинки. Демонстрация действующих прототипов устройств была запланирована в ходе выставки FPD International в Японии. Их особенностями является уже вполне вменяемый размер гибкого экрана, пригодный для использования в различных гаджетах, а также тот факт, что подобные дисплеи могут собираться на существующих LCD-конвейерах.

Однако дальше всех в своем стремлении развить успех гибкой технологии пошла компания Philips. Специально для этого было создано подразделение Philips Polymer Vision (www.polymervision.com), которое занимается совершенствованием свойств электронной бумаги и ее пропагандой. Разработчики подошли к проблеме с другой стороны: для распространения технологии на рынке потребительских устройств недостаточно отобрать у людей обычную бумагу, предоставив им в замен электронную. Для преодоления естественного проявления консерватизма требуется не просто объявить все положительные свойства технологии, а специально разработать на ее базе ряд устройств и продвигать их вместе. Ведь для пользователя технология является абстрактным понятием - а судят о ней по конечным продуктам.

Действуя согласно этой стратегии, Philips представила свое видение использования электронной бумаги . Принципиально новое концептуальное устройство - мобильный e-ридер ( электронный чтец ), под названием Readius, представляет собой коммуникационное пользовательское решение для чтения электронных книг, документов, таблиц и прочей полезной информации. Главная особенность е-ридера - гибкий дисплей, который существенно превышает размерами само устройство. В сложенном состоянии он занимает минимум места (100х60х20 мм), однако во время работы пользователь может развернуть экран. Readius построен на базе гибкого дисплея PV-QML5, производства Philips Polymer Vision. 5-дюймовый экран поддерживает режим QVGA (разрешение 320x240 точек), а уровень контрастности позволяет столь же ясно, как и на обычной бумаге, отображать тексты, простейшую графику и даже электронные карты. Благодаря эффекту электрофоретического дисплея (разработка E Ink) с двумя устойчивыми положениями устройство потребляет минимум энергии и легко читается даже при ярком дневном свете. Развернул, прочитал, свернул и убрал - просто и удобно.

К сожалению, Polymer Vision не собирается выпускать е-ридер в виде продукта на рынок. Readius - это всего лишь концептуальное воплощение технологии электронной бумаги, наглядный пример ее эффективного использования. Вообще говоря, он был создан специально для демонстрации жизнеспособности технологии электронных чернил в мобильных устройствах, а также для получения мнения потребителей на прошедшей в Берлине международной выставке IFA 2005. Можно не сомневаться в том, что мнений будет высказано предостаточно. Ведь на сегодняшний день применение гибких дисплеев - единственная возможность оснастить цифровой гаджет экраном, по размерам превышающим габариты самого устройства. По мнению Карла МакГодрика, CEO Philips Polymer Vision - это очередной уверенный шаг электронной бумаги навстречу рынку.

Впрочем, как говорится, не электронной бумагой единой... В конце концов, ей уже трудно кого-то удивить. А вот как насчет перенесения дисплея на ткань? Похоже, что Philips решила стать центральной фигурой среди новаторских компаний, занимающихся технологиями визуализации изображения. Гибкости экрана ученым показалось недостаточно - им мягкость подавай. В самом деле, для производства трансформируемых экранов стекло никуда не годится, а вот ткань... Она испокон веков использовалась в кинотеатрах для проецирования изображения. Так почему бы не обойтись без проекторов? Оказалось, что обойтись без них очень даже можно.

В ходе все той же выставки бытовой электроники IFA 2005, прошедшей в начале осени в Берлине, подразделение Philips Research, специализирующееся на инновационных разработках, представила так называемый фотонный текстиль . По сути, это ткань со встроенными светодиодами, благодаря которым становится возможным использовать ее в качестве дисплея с ограниченными возможностями. Для сохранения мягкости фотонного текстиля инженеры Philips Research и специалисты института текстиля TITV Greiz совместно создали интегрированные гибкие подложки из ткани, пластика и пленки. Подложки содержат размещенные на них пассивные матрицы компактных светодиодов RGB. Благодаря этому удалось создать встраиваемые точечные источники света с относительно большими расстояниями между RGB-пикселями. При этом свойства ткани полностью сохранены, а из-за естественного рассеивания света на ее поверхности каждый пиксель кажется большим, чем он есть на самом деле. Все это, конечно, замечательно, но как управлять изображением на таком дисплее? Интерактивное управление может осуществляться посредством интегрированных в ткань сенсоров и коммуникационных беспроводных устройств (GSM, Bluetooth).

Получаемое с помощью фотонного текстиля изображение на данном этапе напоминает скорее чьи-то невнятные визуальные сны или детские рисунки. Но сам факт того, что обычная ткань, которая используется для мебели, одежды и прочих окружающих нас в быту изделий, может содержать в себе сложные интерактивные системы, будоражит воображение. Неясно, как в дальнейшем Philips планирует позиционировать свою разработку. Пока что речь идет о возможном сотрудничестве с некоторыми производителями одежды и модельерами. Не стоит отрицать возможности того, что в недалеком будущем дома и гардеробы людей будут ломиться от потенциальных средств отображения информации, а любая тряпочка сможет стать дисплеем или, на худой конец, телевизором. Остается только уповать на благоразумие инженеров-энтузиастов и надеяться, что они не доведут идею использования столь экзотической, но по-своему интересной разработки до абсурда.