Развитие технологий создания дисплеев семимильными шагами приближает наступление эры электронной бумаги. Основные характеристики дисплеев, работающих по принципу отражения падающего света – яркость/контрастность и скорость обновления изображений – в последние годы сильно уступали возможностям жидкокристаллических устройств. И вот теперь, как сообщает журнал Nature Photonics, американские ученые уже вплотную приблизились к созданию дисплеев, имитирующих непревзойденную по комфортности восприятия изображения обычную бумагу.

Идея создания электронных устройств, формирующих изображения в отраженном, а не в излучаемом свете, получила свое первое материальное воплощение еще в 70-х годах XX века. Неоспоримыми преимуществами такого рода выведения изображений являются биологическая естественность принимаемого глазом сигнала (в течение эволюции глаз был адаптирован для восприятия именно отраженного, а не излучаемого предметами света), широкий угол обзора, очень низкие энергозатраты и инновационные механические свойства дисплеев (гибкость, прочность, легкость). Со временем появился огромный комплекс технологий, объединяемых названием электронная бумага, или electronic paper, e-paper.

Наиболее сложными инженерными задачами в этом направлении оказались получение достаточно яркого и контрастного экрана и быстрая смена изображений. В большей степени в последнее десятилетие хороших характеристик удавалось достичь не в области E-paper, а в широко распространенной LCD (жидкокристаллической) и в LED (светодиодной) технологиях. По мнению маркетологов и ученых, для успешной коммерциализации электронной бумаги теперь необходимо, чтобы она была действительно привлекательной внешне.

И похоже, что желаемая технология наконец появилась: инженеры из Университета Цинциннати в Огайо (University of Cincinnati, США) продемонстрировали электронную бумагу, которая приближена по яркости к белой бумаге, а насыщенность передаваемого цвета не уступает ожидаемому от современного качества печати на бумаге.

Чернильные лунки: каждый шестиугольный
пиксел электронной бумаги содержит в центре
резервуар с черной краской, которая при
приложении электрического напряжения
распространяется через тонкий канал
по всему пикселу.

Время перехода между белым и черным цветами в новой технологии уменьшилось до одной миллисекунды. Этого более чем достаточно для трансляции видео (современные LCD оперируют изображениями с интервалом в несколько миллисекунд, а существующие на рынке модели электронной бумаги ограничены десятками и сотнями миллисекунд).

Характеристика яркости фона электронной бумаги, зависящая от количества отраженного ей света, также превосходит аналогичные показатели предшественников: материал отражает 55% любого падающего на нее света; для белой бумаги этот показатель составляет 85%. Ученые считают, что для первого экспериментального образца этот показатель совсем не плох, поскольку подбор материалов и качественное изготовление изделия могут фактически сравнять оптические свойства простой и электронной бумаги. С точки зрения коммерческого успеха новая технология имеет большие шансы «обойти» старейшую компанию E Ink – признанного лидера в области технологий e-paper, выпускающую продукцию с 35–40-процентным отражением.

Для коммерциализации этой многообещающей технологии уже существуют партнерские соглашения между компаниями Gamma Dynamics, Polymer Vision, Sun Chemical.

Как же устроены пикселы новой высокоэффективной электронной бумаги?

В отличие от хорошо зарекомендовавшей себя электрофоретической технологии, разработанной компанией E Ink (когда изменение полярности прилагаемого напряжения приводит к перемещению внутри капсулы-пиксела окрашенных и бесцветных частиц), была предложена разновидность электрожидкостной (electrofluidic) технологии – электросмачиваемый (electrowetting) дисплей. В качестве светоотражающей основы используется тонкий алюминиевый слой, а черной краской служат угольные чернила.

Алюминиевый слой наносят на полимерную основу, а сверху алюминий покрывают тончайшим слоем смешанного оксида индия и олова (indium tin oxide, ITO) – он служит прозрачным электродом. При приложении напряжения за счет электромеханического давления ITO через тонкий канал «выдавливает» масляные чернила из центра пикселей и заставляет их растечься по всей плоской гидрофобной шестиугольной поверхности. При снятии напряжения сочетание радиусов кривизны канала и остальной поверхности пикселя приводит к немедленному стеканию чернил в резервуар.

Пикселы довольно малы (100 мкм в ширину), что дает возможность создавать экраны с разрешением 300 точек на дюйм. Это также лучший показатель на рынке e-paper. Размеры пикселей позволяют производить гибкие экраны, они также могут быть уменьшены без увеличения используемого напряжения.

Превращение черно-белой электронной бумаги в цветную на сегодняшний день уже не составляет инженерной проблемы: достаточно организовать пиксели в триады и распределить внутри каждой триады красный, зеленый и синий фильтры.

Мария Костюкова