Кіріспе
Қағаз тәрізді дисплей технологиясы
Электрондық қағаз, сондай-ақ электрондық сия (e-ink) немесе интеллектуалды қағаз деп те аталады, бұл қағаздағы әдеттегі сияның көрінісін имитациялайтын дисплей құрылғысы. Дәстүрлі жарық шығаратын жалпақ дисплейлерден айырмашылығы, электрондық қағаз дисплейі қағаз сияқты қоршаған ортаның жарығын шағылыстырады. Бұл оларды оқуға ыңғайлырақ етеді және көптеген жарық шығаратын дисплейлерге қарағанда кеңірек көру бұрышын ұсынады. 2008 жылға дейін қол жетімді электрондық дисплейлердегі контраст қатынасы газеттік қағазға жақын, ал жаңадан әзірленген дисплейлер одан да жақсырақ. Идеалды электрондық қағаз дисплейін тікелей күн сәулесінде сурет өңсізденбей оқуға болады. Технологияларға гирикон, электрофоретика, электромотка, интерферометрия және плазмоника кіреді. Көптеген электрондық қағаз технологиялары электр қуатысыз мәтін мен суреттерді шексіз сақтай алады. Иілгіш электрондық қағаз дисплейдің артқы жағын жасау үшін пластикалық негіздер мен пластикалық электроника қолданылады. Электрондық қағазды қолдануға электрондық сөре таңбалары мен цифрлық белгілер, автобус аяқталмаларының кестелері, электрондық билбордтар, смартфон дисплейлері және кітаптар мен журналдардың цифрлық нұсқаларын көрсетуге арналған электрондық оқырмандар жатады.
Жирикон
Электрондық қағаз алғаш рет 1970 жылдары Xerox компаниясының Пало-Альто зерттеу орталығында Ник Шеридон жасады. Алғашқы электрондық қағаз Гиркон деп аталды, ол 75-106 микрометр диаметрлі полиэтилен шарларынан тұрды. Әрбір шар – бір жағы теріс зарядталған қара пластиктен, екінші жағы оң зарядталған ақ пластиктен құралған Янус бөлшегі (әр шар диполь болып табылады). Шарлар мөлдір силикон жапырақшаға орналастырылған, әр шар майлы көпіршік ішінде еркін айналу үшін ілінген. Әрбір электрод жұбына берілетін кернеудің полярлығы ақ немесе қара жағының жоғары қарауына шешім береді, осылайша пикселге ақ немесе қара түс беріледі. FPD 2008 көрмесінде жапондық Soken компаниясы осы технологияны қолданып, электрондық қабырға қағазымен жабдықталған қабырғаны көрсетті. 2007 жылы эстондық Visitret Displays компаниясы осы дисплей түрін дамытып, шарлар үшін поливинилдиен фторидін (PVDF) материал ретінде пайдаланды, бұл бейне жылдамдығын едәуір арттырып, басқаруға қажетті кернеуді төмендетті.
Электрофореттік
Электрофореттік дисплей (ЭФД) зарядталған пигмент бөлшектерін қолданғандағы электр өрісі арқылы бейнелерді құрайды. ЭФД-нің ең қарапайым нұсқасында диаметрі шамамен бір микрометр болатын титан диоксиді (титаний) бөлшектері көмірсутекті майға таратылады. Майға қою қара түсті бояу, сондай-ақ бөлшектерге электр зарядын беруге мүмкіндік беретін беттік белсенді заттар мен зарядтаушы агенттер қосылады. Бұл қоспа 10-ден 100 микрометрге дейінгі аралықта орналасқан екі параллель өткізгіш пластиналардың арасына салынады. Екі пластинаға кернеу қолданғанда, бөлшектер электрофоретикалық түрде пластинаға қарай жылжиды, ол бөлшектердегі зарядқа қарама-қарсы зарядты тасиды. Бөлшектер дисплейдің алдыңғы (көру) жағында орналасқанда, дисплей ақ түсті болып көрінеді, себебі жоғары көрсеткішті титаний бөлшектері жарықты көрерменге шашыратады. Бөлшектер дисплейдің артқы жағында орналасқанда, дисплей қараңғы болып көрінеді, себебі жарық түсті бояумен сіңіріледі. Егер артқы электродты көптеген кішкентай сурет элементтеріне (пиксельдерге) бөлсе, дисплейдің әр аймағына тиісті кернеуді қолдану арқылы бейне жасауға болады, осылайша жарық шашырату және сіңіру аймақтарының үлгісі құрылады. ЭФД әдетте MOSFET негізіндегі жұқа пленкалық транзистор (TFT) технологиясын қолданады. TFT көбінесе ЭФД-де жоғары тығыздықпен бейне жасау үшін қолданылады. TFT негізіндегі ЭФД-нің кең таралған қолданысы – электронды кітап оқырман (e-reader). Электрофореттік дисплейлер электрондық қағаз санатының көрнекті мысалы болып саналады, себебі олардың қағазға ұқсас сыртқы түрі және төмен қуат тұтынуы бар. Коммерциялық электрофореттік дисплейлердің мысалдары Amazon Kindle, Barnes & Noble Nook, Sony Reader, Kobo eReader және iRex iLiad электронды кітап оқырман құрылғыларында қолданылатын жоғары ажыратымды белсенді матрицалық дисплейлерді қамтиды. Бұл дисплейлер E Ink Corporation компаниясы өндірген электрофореттік бейнелеу пленкасынан жасалған. Бұл технологияны қолданған ұялы телефон – Motorola Fone. Электрофореттік дисплей технологиясын SiPix және Bridgestone/Delta компаниялары да әзірледі. SiPix қазір E Ink Corporation құрамында. SiPix дизайны E Ink-тің 0,04 мм диаметрлі микрокапсулаларының орнына 0,15 мм Microcup архитектурасын пайдаланады. Bridgestone Corp. Advanced Materials бөлімшесі Delta Optoelectronics Inc. компаниясымен бірлесіп, жылдам жауап беретін сұйық ұнтақ дисплей технологиясын әзірледі. Электрофореттік дисплейлерді Philips Research әзірлеген лазерлік босату арқылы пластикке электрониканы (EPLaR) орналастыру процесін пайдаланып жасауға болады, бұл процеске AM LCD өндіріс орындары икемді пластикалық дисплейлерді жасауға мүмкіндік береді.
Жарық түсіретін ЖК-диск
Бұл технология әдеттегі ЖК дисплейге ұқсас, бірақ артқы жарықтандыру панелінің орнына шағылыстыратын бет қолданылады. Осындай технологияны бағдарламалық немесе аппараттық түрде артқы жарықтандыруды өшіру арқылы жарықтандырылатын ЖК дисплейлерде де қолдануға болады.
Электрмен қату
Электрмен дымқылдандыру дисплейі (ЭДД) қолданған кернеу арқылы шектелген су/май интерфейсінің пішінін басқаруға негізделген. Кернеу қолданбағанда, (түсті) май су мен электродтың суды тебілетін (гидрофобтық) оқшаулағыш қабаты арасында жалпақ қабат құрайды, нәтижесінде түсті пиксель пайда болады. Электрод пен су арасында кернеу қолданғанда, су мен қаптама арасындағы интерфейстік кернеу өзгереді. Нәтижесінде, жиналған күй тұрақсыз болып, су майды ығыстырады. Бұл жартылай мөлдір пикселді немесе егер ауыстырылатын элементтің астында ақ түсті шағылыстыратын бет болса, ақ пикселді жасайды. Пикселдің кіші өлшемділігіне байланысты, пайдаланушы тек орташа шағылысты көреді, бұл жоғары жарықтылықты және жоғары контрастты ауыстырылатын элементті қамтамасыз етеді. Электрмен дымқылдандыруға негізделген дисплейлер бірнеше тартымды мүмкіндіктер ұсынады. Ақ және түсті шағылыстың арасындағы ауысу видеомазмұнды көрсету үшін жеткілікті жылдам. Бұл технология төмен қуатты, төмен кернеулі және осы әсерге негізделген дисплейлер тегіс және жұқа болуы мүмкін. Шағылыстыру және контраст басқа шағылыстыратын дисплей түрлерінен жақсы немесе тең, және қағаздың визуальды сапасына жақын. Сонымен қатар, технология жоғары жарықтықты, толық түсті дисплейлерге жетектейтін бірегей жол ұсынады, нәтижесінде дисплейлер шағылыстыратын ЖСД-дан төрт есе, ал басқа да жаңа технологиялардан екі есе жарық береді. Қызыл, жасыл және көк (RGB) сүзгілерін немесе үш негізгі түстің кезектесетін сегменттерін пайдаланудың орнына, бұл дисплейдің тек үштен бірі ғана қажетті түсте шағылыстыратын жарықты қамтамасыз етеді, ал электрмен дымқылдандыру бір субпикселдің екі түрлі түсті тәуелсіз түрде ауыстыра алатын жүйесін ұсынады. Бұл дисплей аумағының үштен екі бөлігін кез келген түстің жарығын шағылыстыруға мүмкіндік береді. Бұл екі тәуелсіз басқарылатын түсті май қабаттарынан және түсті сүзгіден тұратын пиксел құру арқылы жүзеге асырылады. Түстер – көк, күлгіш және сары, бұл – субтрактивті жүйе, ол сиялы басып шығаруда қолданылатын принципке ұқсас. Сұйық кристалды дисплейлермен (ЖКД) салыстырғанда, поляризаторлар қажет болмағандықтан жарықтық артады.
Электрлік сұйықтық
Электрофлюидтік дисплей – бұл кішкентай резервуардың ішіне сулы пигментті дисперсияны орналастыратын электрлік ылғалдандыру дисплейінің бір түрі. Резервуар пикселдің көрінетін ауданының 5-10% - ын құрайды, сондықтан пигмент көру қабілетінен негізінен жасырылады. Пигментті резервуардан электромеханикалық түрде тартып, көру субстратының тікелей артына пленка ретінде жаю үшін кернеу қолданылады. Нәтижесінде дисплей қағазға басылған дәстүрлі пигменттерге ұқсас түс пен жарық береді. Кернеу алынғанда, сұйықтың беттік кернеуі пигментті дисперсияның резервуарға жылдам қайтуына себеп болады. Бұл технология электрондық қағаз үшін 85% - дан жоғары ақ түстің шағылысуын қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Негізгі технология Цинциннати университетінің Жаңа құрылғылар зертханасында ойлап табылды және Sun Chemical, Polymer Vision және Gamma Dynamics компанияларымен бірлесіп жасалған жұмыс прототиптері бар. Оның жарықтығы, түс қанықтығы және жауап беру уақыты сияқты маңызды аспектілерде үлкен артықшылығы бар. Оптикалық белсенді қабаты 15 микрометрден кем болуы мүмкін болғандықтан, икемделмелі дисплейлерді жасауға зор мүмкіндік бар.
Интерферометриялық модулятор (Mirasol)
Электроникалық визуальды дисплейлерде қолданылатын технология, ол шағылысқан жарықтың интерференциясы арқылы әртүрлі түстерді жасауға мүмкіндік береді. Түс электрлік түрде басқарылатын жарық модуляторы арқылы таңдалады, ол сұйық кристалды дисплейлерді (LCD) басқару үшін қолданылатын драйверлік интегралдық схемаларға ұқсас микроскопиялық қуыстан тұрады.
Плазмоникалық электронды дисплей
Плазмоникалық наноқұрылымдар, өткізгіш полимерлермен бірге, электрондық қағаздың бір түрі ретінде де ұсынылған. Материал екі бөліктен тұрады. Бірінші бөлігі – наноөлшемді тесіктерді қоса алғанда, ондаған нанометр қалыңдықтағы металл-оқшаулағыш-металл қабықшаларынан жасалған жоғары шағылыстыратын мета-бет. Мета-беттер оқшаулағыштың қалыңдығына байланысты әртүрлі түстерді шағылыстыра алады. Стандартты RGB түс схемасы толық түсті дисплейлер үшін пиксель ретінде қолданылуы мүмкін. Екінші бөлігі – электрохимиялық потенциалмен басқарылатын оптикалық сіңіруге ие полимер. Плазмоникалық мета-беттерге полимерді өсіргеннен кейін, қолданылатын кернеу арқылы мета-беттердің шағылысуын модуляциялауға болады. Бұл технология кең спектрлі түстерді, жоғары поляризацияға тәуелсіз шағылысты (>50%), күшті контрастты (>30%), жылдам жауап беру уақытын (жүздеген мс) және ұзақ мерзімді тұрақтылықты ұсынады. Сонымен қатар, ол өте төмен қуатты тұтынуға (<0,5 мВт/см²) және жоғары ажыратымдылыққа (>10000 dpi) ие болу мүмкіндігін береді. Өте жұқа мета-беттер иілгіш, ал полимер жұмсақ болғандықтан, жүйенің барлығын иіп салуға болады. Бұл технологияны жақсартудың болашақ бағыттары бистабильділік, арзан материалдар және TFT тізбектерімен интеграциялауды қамтиды.
Басқа технологиялар
Электрондық қағазды зерттеудегі басқа жұмыстар иілгіш негіздерге енгізілген органикалық транзисторларды пайдалануды қамтиды, соның ішінде оларды дәстүрлі қағазға орнатуға жасалған әрекеттер де бар. Қарапайым түсті электрондық қағаз жоғарыда сипатталған монохромды технологияға жұқа түсті оптикалық сүзгі қосу арқылы жасалады. Пиксельдер массиві триадаларға бөлінеді, әдетте стандартты көк, күлгін және сары түстерден тұрады, бұл CRT мониторларындағыдай (бірақ аддитивті негізгі түстердің орнына субтрактивті негізгі түстер қолданылады). Дисплей басқа электрондық түсті дисплейлер сияқты басқарылады.
Тарих
E Ink Holdings Inc. компаниясының E Ink корпорациясы нарықтағы өнімде қолданылатын алғашқы түсті E Ink дисплейін шығарды. Ectaco jetBook Color 2012 жылы E Ink-тің Triton дисплей технологиясын қолданған алғашқы түсті электрондық сия құрылғысы ретінде пайда болды. E Ink 2015 жылдың басында Prism деп аталатын тағы бір түсті электрондық сия технологиясын жариялады. Бұл жаңа технология – электрондық кітап оқу құрылғылары үшін қолданылатын түс өзгертетін пленка, бірақ Prism сонымен қатар сәулеттік дизайнға, мысалы, "қабырғаға, төбе панеліне немесе бүкіл бөлмеге бірден" енгізілетін пленка ретінде де сатылады. Осы қазіргі түсті дисплейлердің кемшілігі – олар стандартты E Ink дисплейлерінен әлдеқайда қымбат. JetBook Color құны Amazon Kindle сияқты басқа электрондық кітап оқу құрылғыларынан шамамен 9 есе жоғары. 2010 жылдың наурыз айында Seiko белсенді матрицалық дисплейі бар осы танымал электрондық сия сағатының екінші буынын шығарды. Pebble смарт сағаты (2013) өзінің электрондық қағаз дисплейі үшін Sharp компаниясы жасаған төмен қуатты жад LCD дисплейін пайдаланады. 2019 жылы Fossil Hybrid HR деп аталатын гибридтік смарт сағатты ұсынды, ол дәстүрлі аналогты сағаттың сыртқы түрін имитациялау үшін физикалық көрсеткіштермен және дискімен бірге әрқашан қосулы болатын электрондық сия дисплейін біріктіреді.
Электрондық кітап оқу құрылғылары
2004 жылы Sony Жапонияда Librié электронды кітабын оқуға арналған құрылғысын шығарды, ол электрондық қағаз E Ink дисплейі бар алғашқы құрылғы болды. 2006 жылдың қыркүйегінде Sony АҚШ-та PRS 500 Sony Reader электронды кітап оқу құралын шығарды. 2007 жылдың 2 қазанында Sony Reader-дің жаңартылған нұсқасы – PRS 505-ті жариялады. 2008 жылдың қарашасында Sony артқы жарықтандыру және сенсорлық экранмен жабдықталған PRS 700BC құрылғысын шығарды.
Ұялы телефондар
Motorola компаниясының төмен бағалы ұялы телефоны, Motorola F3, алфавиттік-цифрлық қара-ақ электрофореттік дисплейді пайдаланады. Samsung Alias 2 ұялы телефоны E Ink электронды сиясын пернетақтаға енгізеді, бұл пернетақтаға әртүрлі дисплей режимдерінде символдар жиынтығын және бағытын өзгертуге мүмкіндік береді.
Смартфондар
2012 жылдың 12 желтоқсанында Yota Devices компаниясы алғашқы "YotaPhone" прототипін жариялады, ал кейіннен 2013 жылдың желтоқсан айында ерекше екі дисплейлі смартфон шығарылды. Оның алдыңғы жағында 4,3 дюймдік HD LCD экраны және артқы жағында электронды сиялы дисплей орналасқан. 2020 жылдың мамыр және маусым айларында Hisense компаниясы Hisense A5c және A5 Pro CC модельдерін – алғашқы түсті электронды сиялы смартфондарды шығарды. Олар бір түсті дисплеймен, қосылатын/өшірілетін фронталды жарықпен және Android 9 және Android 10 операциялық жүйелерімен жабдықталған.
Компьютерлік мониторлар
Электрондық қағаз 13,3 дюймдік Dasung Paperlike 3 HD және 25,3 дюймдік Paperlike 253 сияқты компьютер мониторларында қолданылады.
Ноутбук
Кейбір ноутбуктер, мысалы Lenovo ThinkBook Plus, қосымша экран ретінде электрондық қағазды пайдаланады. Басқа кең таралған ноутбуктерде артқы жарықтандырылмаған, шағылыстыратын LCD панельдер қолданылады. Сонымен қатар, кейбір операциялық жүйелер, мысалы Xubuntu, Kali Linux, ішкі мониторларда LCD жарықтығын 0%-ға дейін төмендету мүмкіндігін ұсынады, ал кристалдар жұмыс істей беруіне байланысты дисплей қоршаған ортаның жарығымен қағаз сияқты жарықтандырылады. 2007 жылдың соңында Amazon Kindle электрондық кітап оқу құралын электрондық қағаз дисплейімен өндіріп, сатуға бастады. 2009 жылдың ақпан айында Amazon Kindle 2, ал 2009 жылдың мамырында үлкенірек Kindle DX ұсынылды. 2010 жылдың шілдесінде ерекше дизайндық өзгерістермен үшінші буын Kindle жарияланды. 2011 жылдың қыркүйегінде "Touch" деп аталған төртінші буын Kindle ұсынылды, бұл Kindle-дің пернетақта мен беттерді ауыстыру батырмаларынан сенсорлық экрандар пайдасына алғашқы қадамы болды. 2012 жылдың қыркүйегінде Amazon бесінші буын Kindle-ді Paperwhite деп атады, ол LED алдыңғы жарықтандыру және жоғары контрастты дисплейді қамтиды. 2009 жылдың қарашасында Barnes & Noble Android операциялық жүйесінде жұмыс істейтін Barnes & Noble Nook құрылғысын іске қосты. Ол басқа электрондық кітап оқу құрылғыларынан ауыстырылатын батареясымен және негізгі электрондық қағаз оқу экранының астындағы бөлек түсті сенсорлық LCD экранымен ерекшеленеді. 2017 жылы Sony және reMarkable смарт-стилуспен жазуға арналған электрондық кітаптар ұсынды. 2020 жылы Onyx алғашқы алдыңғы жарықтандырылған 13,3 дюймдік электрондық қағаз Android планшетін – Boox Max Lumi-ді шығарды. Сол жылдың соңында Bigme алғашқы 10,3 дюймдік түсті электрондық қағаз Android планшетін – Bigme B1 Pro-ны ұсынды. Бұл сонымен қатар 4G ұялы желісін қолдайтын алғашқы үлкен электрондық қағаз планшеті болды.
Газеттер
2006 жылдың ақпан айында фламанд газеті De Tijd iRex iLiad-тың сынақ нұсқасын қолдана отырып, шектеулі маркетингтік зерттеу үшін таңдалған абоненттерге газеттің электрондық нұсқасын таратты. Бұл газет басылымында электрондық сияны қолданудың алғашқы тіркелген жағдайы болды. Француз газеті Les Échos 2007 жылдың қыркүйек айында газеттің электрондық нұсқасын жазылым арқылы ресми түрде іске қосылғанын хабарлады. Екі түрлі ұсыныс болды, олар бір жылдық жазылымды және оқу құрылғысын қамтыды. Ұсынысқа жеңіл (176 г) оқу құрылғысы (Les Échos үшін Ganaxa компаниясымен бейімделген) немесе iRex iLiad кірді. Газеттің оқылатын ақпаратын жеткізу үшін екі түрлі өңдеу платформасы пайдаланылды, біреуі Ganaxa-ның жаңа әзірленген GPP электрондық сия платформасына, ал екіншісі Les Échos-тың ішкі әзірлемесіне негізделген.
Ақылды карталарға енгізілген дисплейлер
Икемді дисплейлік карталар қаржылық төлем карталарын ұстаушыларға онлайн-банкинг пен транзакциялардағы алаяқтықты азайту үшін бір реттік пароль жасауға мүмкіндік береді. Электрондық қағаз, деректерді қорғау үшін қолданылатын кілт сақинасы тәрізді токендерге қарағанда, жазық әрі жұқа балама болып табылады. Innovative Card Technologies және nCryptone компаниялары 2005 жылы әлемдегі алғашқы ISO стандартына сәйкес келетін дисплейлі смарт-картаны жасады. Карталарды Nagra ID компаниясы өндірді.
Қалып-күйін көрсету
Кейбір құрылғылар, мысалы USB флеш-дискілер, қол жетімді сақтау көлемі сияқты жай-күй туралы ақпаратты көрсету үшін электрондық қағазды пайдаланады. Электрондық қағаздағы кескін орнатылғаннан кейін оны сақтау үшін қуат қажет болмайды, сондықтан флеш-дискі қосылмаған кезде де осы ақпаратты көруге болады.
Электрондық сөрелік таңбалар
Электронды қағаз негізіндегі электрондық сөре таңбалары (ESL) сауда орындарында тауарлардың бағасын цифрлық түрде көрсету үшін қолданылады. Электрондық қағаз таңбалары екі тарапты инфрақызыл немесе радио технологиясы арқылы жаңартылады және қайта зарядталатын монета тәрізді батареямен қуаттанады. Кейбір түрлері ZBD (зениттік екі тұрақты дисплей) технологиясын қолданады, ол ЖК-дисплейге ұқсас, бірақ кескінді сақтау үшін қуат қажет етпейді.
Қоғамдық көліктердің кестелері
Автобус немесе трамвай аялдамаларындағы электрондық қағаз дисплейлерін қашықтан жаңартуға болады. LED немесе сұйық кристалды дисплейлермен (LCD) салыстырғанда, олар аз энергия тұтынады және қуат жоқ болғанда мәтін немесе графика көрінеді. LCD дисплейлермен салыстырғанда, олар күннің тікелей сәулесінде де жақсы көрінеді.
Цифрлық белгілер
Энергияны үнемдеу мүмкіндіктерінің арқасында электрондық қағаз цифрлық жарнама қолданбаларына жарайтын технология екенін дәлелдеді.
Электрондық белгілер
Әдетте, электрондық қағаз электрондық таңбалары NFC немесе UHF сияқты сымсыз интерфейстермен электрондық сия технологиясын біріктіреді. Олар көбінесе қызметкерлердің жеке куәліктері ретінде немесе өндіріс өзгерістерін және жағдайын қадағалау үшін өндірістік таңбалар ретінде қолданылады. Электрондық қағаз таңбалары, әсіресе қайта пайдалануға болатын қораптар үшін, тасымалдау таңбалары ретінде де жиі қолданылады. Кейбір электрондық қағаз таңбаларын өндірушілер батареясыз дизайнды ұсынады. Бұл дисплей мазмұнын жаңартуға қажетті қуат сымсыз жолмен беріледі және модульдің өзінде батарея болмайды дегенді білдіреді.
Басқа
Басқа ұсынылатын қолданыстарға киім, цифрлық фото рамкалар, ақпараттық тақталар және пернетақталар кіреді. Динамикалық түрде өзгертілетін түймелері бар пернетақталар, аз қолданылатын тілдер, Dvorak сияқты стандартты емес пернетақта тізілімдері, немесе бейне өңдеу немесе ойындар сияқты әріптік емес арнайы қолданыстар үшін пайдалы. reMarkable – оқу және жазбалар жасауға арналған жазу таблеті.