СмартПульс - держите руку на пульсе высоких технологий! Новости, статьи, обзоры мобильных устройств, компьютеров, комплектующих, радиолюбительских конструкций

   Главная - Статьи - Экраны e-ink электронных книг ("электронная бумага", "электронные чернила") - их преимущества и недостатки

Экраны e-ink электронных книг ("электронная бумага", "электронные чернила") - их свойства, преимущества и недостатки

Читать книги в электронном виде можно как на специализированных устройствах - ридерах (в народе чаще называемых "читалками"), так и на "универсальных" устройствах - планшетах и смартфонах.

Генеральный вопрос для пользователя - есть ли между ними отличия; и если есть - то какие?

Отличия между экранами "читалок" (ридеров, букридеров, электронных книг) и планшетов (или смартфонов) есть, и очень большие.

Они начинаются от способа формирования изображения и до подсветки и энергопотребления.

Разбор отличий начнём с изучения принципа действия экранов на электронных чернилах (e-ink).

Схематично принцип их работы показан на следующей картинке:

(использовано изображение с официального сайта компании E Ink Holdings Inc., перевод на русский Smartpuls.ru)

Экран электронной книги состоит из электрически заряженных частиц чёрного и белого пигмента, несущих заряды разных знаков. Светящихся элементов в экране нет!

Соответственно, при приложении напряжения в направлении сверху вниз одни частицы поднимаются вверх и становятся видны, а другие - "тонут" вниз и из поля зрения пропадают. Так формируется изображение.

Из этого принципа работы сразу проистекают несколько выводов:

1. Изображение на экране будет хорошо различимо при внешнем свете, и чем он ярче - тем лучше (у смартфонов и планшетов - наоборот).

2. Экран "читалки" будет довольно медленным, так как требуется время на механическое перемещение частиц (в типовом случае время полной смены изображения составляет 0.3 - 0.5 с).

3. Не совсем очевидный, но факт: после снятия напряжения частицы пигмента не "разбредаются", а остаются на месте. В связи с этим e-ink экраны не потребляют энергию при показе статичных изображений; энергия тратится только при их смене.

4. Подсветка экрана возможна только сверху. Подсветка снизу (сквозь экран) работать не будет, так как, независимо от рисунка сформированного изображения, свет будет проходить через одинаковое количество и чёрного, и белого пигмента.

5. Создать e-ink экран с цветным изображением будет очень непросто (поскольку видов заряда - только два (положительный и отрицательный), а видов пигмента должно быть минимум четыре (красный, зелёный, синий, чёрный; белый - "факультативно").

Теперь сравним микроструктуру экранов e-ink с экранами планшетов (смартфонов).

Так выглядит структура экрана e-ink под микроскопом (экран ридера ONYX BOOX Cleopatra 3):

На этой фотографии надо обратить внимание, что между отдельными пикселями изображения нет зазоров, они расположены вплотную друг к другу. Пикселизация здесь существует только на наклонных и кривых линиях, а на горизонтальных и вертикальных линиях её нет совсем - они идут ровно и без разрывов. По этой причине при равной плотности пикселей с жидкокристаллическими экранами пикселизация на Eink-экранах электронных книг заметна меньше.

На фотографии заметны также тонкие проводники вспомогательного назначения (бывают не на всех экранах электронных книг).

А теперь, для сравнения, - структура экрана смартфона (взят IPS-экран смартфона Philips S397):

Здесь между пикселями имеются промежутки. Из этого проистекает, что при пользовании смартфоном с близкого расстояния на сетчатке глаз пользователя тоже будут участки "недосвеченные" и "пересвеченные" (что вряд ли будет способствовать сохранению здоровья).

 При наблюдении с достаточно удалённого расстояния соседние пиксели будут сливаться друг с другом, и эта проблема уже не будет актуальной.
 

Все экраны e-ink имеют матовую поверхность

Если в планшетах и ноутбуках матовый экран можно найти только в наиболее дорогих моделях, то экраны e-ink все поголовно выпускаются с матовыми экранами.

Это помогает снизить уровень бликов от внешних источников света, "размазывая" их отражения.
 

Сенсорные e-ink экраны не имеют воздушного зазора между сенсорной поверхностью и экраном

Экраны e-ink выпускаются как с сенсорной чувствительностью, так и без неё.

В экранах с наличием сенсорной чувствительность сенсорный слой всегда делается без воздушного промежутка с собственно экраном; это тоже помогает уменьшить уровень бликов за счёт уменьшения числа отражающих поверхностей.

В планшетах и смартфонах также применяется аналогичная технология, там она называется "One Glass Solution" (OGS) или "in cell".

Посмотреть на сравнение матового экрана электронной книги без воздушного промежутка между слоями с экраном планшета (без применения данных технологий) можно на следующем фото:

(Использовано изображение из обзора электронной книги ONYX BOOX Chronos, © Smartpuls.ru)
 

Как устроена подсветка экранов электронных книг?

Для организации подсветки в верхнем слое экрана организуется дополнительный прозрачный слой, в торце которого располагаются светодиоды подсветки (обычно - в нижней части экрана).

Свет от этих светодиодов распространяется в этом слое, как в световоде, подсвечивая экран.

Последнее новшество в технологиях подсветки - подсветка с регулируемым цветовым тоном (т.н. "цветовой температурой").

Для этого в системе подсветки располагаются светодиоды двух цветов: желтого (оранжевого) - для создания "тёплого" тона; и голубого (бело-голубого) - для создания "холодного" тона.

Регулировка яркости обычно делается раздельной для обоих тонов, благодаря чему пользователь может настроить желаемый для себя оттенок экрана.

Увидеть светодиоды подсветки можно, если посмотреть на экран под острым углом сверху (для примера - экран электронной книги ONYX BOOX Faust):

(Использовано изображение из обзора электронной книги ONYX BOOX Faust, © Smartpuls.ru)

Присутствие "тёплых" и "холодных" светодиодов можно заметить в нижней части экрана.

Энергозатраты на работу подсветки оказываются в электронных книгах ниже, чем в смартфонах и планшетах за счёт того, что в экранах e-ink  свет от подсветки и внешний свет действуют сообща; в то время как в смартфонах и планшетах внешний свет только создаёт помехи, а свет подсветки обязательно должен его "пересилить".

Небьющиеся экраны e-ink

Основным (можно сказать, монопольным) производителем экранов e-ink, компанией E Ink Holdings Inc., освоено производство экранов на пластиковой основе. Такие экраны не разбиваются в типовых ситуациях, когда гибель обычного экрана на стеклянной основе была бы неизбежна.

Тем не менее, испортить такой экран тоже можно, просто для этого потребуется приложить большие усилия. :)

К недостаткам таких экранов надо отнести то, что они по технологическим причинам не выпускаются в варианте с подсветкой.
 

Трудности создания цветных экранов e-ink

На первый взгляд, в создании цветных экранов для электронных книг нет никаких трудностей: можно сделать их так же, как в экранах смартфонов - составить из трёх пикселей разного цвета (красного, зеленого, синего):

(Использовано изображение из Википедии. Автор: Gerald Senarclens de Grancy - собственная работа, CC BY 3.0, подлинник изображения)

И вот тут начинаются проблемы на физическом уровне.

Если в чёрно-белом экране белый пиксель отражает весь спектр света, то в экране, составленном из пикселей трёх разных цветов, каждый пиксель будет отражать только 1/3 часть спектра падающего света!

Как результат, экран будет слишком тёмным.

Тем не менее, такие экраны были выпущены и даже использовались в серийных электронных книгах.

Экран в них, действительно, был тёмным; а пригодность к употреблению достигалась за счёт подсветки. При выключенной же подсветке, фактически, пользоваться книгой при обычном освещении в помещении было невозможно; см. фото в сравнении со стандартной чёрно-белой электронной книгой:

(Использовано изображение из обзора электронной книги PocketBook Color Lux)

Несмотря на не очень удачные первые эксперименты с цветом, тема электронных книг с цветным экраном не закрыта.

Цветные экраны продолжают совершенствоваться, и на выставке CES-2019 уже была представлена новая модель цветного ридера Onyx Youngy Boox:

(Использовано изображение с сайта helpix.ru)

В данной электронной книге хорошая яркость изображения достигнута, предположительно, за счёт более бледных цветов экрана (увеличена доля белого).

Такой экран с диагональю 13.3 дюйма серийно выпускается производителем и предлагается отдельно по цене $799 (см. экран на официальном сайте производителя eink.com).

Дополнения от 26.09.2020 и от 16.05.2024:

Структура и принцип работы цветных экранов Kaleido для электронных книг

В 2020 году в продажу поступили серийные электронные книги с экранами типа Kaleido. Одной из первых на российском рынке вышла электронная книга ONYX BOOX Poke 2 Color, на примере экрана которой и будет рассмотрена технология цветных экранов Kaleido.

Экран состоит из комбинации обычных чёрно-белых пикселей с пикселями, перед которыми установлены красные, зелёные и синие (RGB) фильтры.

При этом на чёрный цвет может переключиться любой пиксель, а отображать цвет могут только те пиксели, перед которыми установлены фильтры. Из этого проистекает разное разрешение дисплеев для цветного и черно-белого изображения.

Наиболее наглядно структура экрана видна под микроскопом при показе текста:

(кликнуть для увеличения, откроется в новом окне)

На снимке под микроскопом видно, что экран образован полем гранул пигмента белого цвета, на котором нанесены полоски фильтров красного, зеленого и синего цвета. Фильтры имеют неправильную форму (вероятно, их границы производитель экрана пытался привязать к границам гранул пигмента).

В тех местах, где располагаются буквы, поверх гранул белого пигмента "всплыли" гранулы чёрного пигмента. По отдельности эти чёрные гранулы не различимы: они имеют значительно меньший размер, чем гранулы белого пигмента.

Теперь посмотрим, как выглядит под микроскопом цветное изображение. В качестве теста использовалось сочетание красного, зеленого и синего цветов в таком расположении:

Под микроскопом на экране электронной книги эта картинка выглядела так:

Таким образом, для отображения какого-либо одного цвета, на экране зачёрняются пиксели "лишних" цветов.

Одновременно при этом остаётся активной (незачернённой) некоторая часть белых пикселей. Они служат для визуального повышения яркости экрана, но при этом одновременно они делают более бледными цвета изображения на экране.

В результате при такой структуре экрана получается, что разрешающая способность экрана для чёрно-белого изображения оказывается значительно выше, чем для цветного. Именно для данного экрана производитель заявляет для чёрно-белого изображения плотность пикселей 300 на дюйм, а для цветного - только 100 на дюйм.

Ну, и, наконец, посмотрим, как выглядит изображение страницы книги с цветной иллюстрацией не под микроскопом, а для живого человека:

На экране открыта страница из романа Ж.Верна "Дети капитана Гранта" в формате DJVU. Включена подсветка электронной книги.

Хотя цвета, действительно, получаются бледными, они всё равно "оживляют" изображение, делая его более привлекательным по сравнению с обычным чёрно-белым изображением на экранах электронных книг.

В то же время надо отметить, что без подсветки экраны цветных электронных книг получаются значительно более тёмными, чем экраны стандартных чёрно-белых книг (хотя и не настолько тёмными, как в первых экспериментах с цветными экранами).

Это связано с тем, что на экране есть цветовые фильтры, ослабляющие отраженный свет.

С 2023 года компания E ink перешла к выпуску цветных экранов поколения Kaleido 3, отличающихся уменьшенным размером цветовых фильтров, см. микрофотографию экрана:

В экранах этого типа (Kaleido 3) плотность пикселей снижается уже не в три, а только в два раза: с 300 на дюйм до 150 на дюйм. Такое уменьшение снижения даёт реальный переход количества в качество: пикселизация изображений становится незаметной.

Компания E Ink, выпускающая экраны для электронных книг, обещает выпустить цветные экраны без цветовых фильтров, в которых каждый пиксель сможет принимать разные цвета. Возможно, эти экраны будут более светлыми.

"Последний писк моды": гибкие e-ink экраны

Источник: ixbt.

Итоги и выводы

По итогам всего сказанного выше можно обозначить возможные области применения экранов на электронных чернилах e-ink:

- электронные книги;

- циферблаты электронных часов, экраны погодных станций, указатели и знаки в помещениях с массовым присутствием людей;

- электронные ценники.

Что касается применения цветных экранов e-ink, то данная область находится в стадии развития и экспериментов; и пока что трудно ожидать их массового присутствия на рынке. Но перспективы - хорошие!

  Ваш Доктор.
(C) 2019 - 2024

Вступайте в группу SmartPuls.Ru  Контакте! Анонсы статей и обзоров, актуальные события и мысли о них.

  Комментарии вКонтакте:

При копировании (перепечатке) материалов ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!  Доктора! (Администрация сайта - контакты и информация)
  Группа SmartPuls.Ru  Контакте - анонсы обзоров, актуальные события и мысли о них