Электронным книгам с E-Ink дисплеями (их еще называют дисплеями с электронной бумагой или чернилами) не год и не два, и видели их уже, наверное, все. Однако не все знают, как они устроены, чем отличаются от привычных нам LCD, и какие у них плюсы и минусы — об этом и поговорим в этой статье.

Как устроены LCD и E-Ink дисплеи

LCD (Liquid Crystal Display, жидкокристаллический дисплей, ЖК-дисплей) на самом деле не такое новое явление — жидкие кристаллы были открыты еще в 1888 году, и их особенностью стало то, что они обладали одновременно свойствами и жидкости (текучесть), и кристаллов (анизотропия, в данном случае это возможность менять ориентацию молекул под действием электрического поля). Первые монохромные ЖК-дисплеи стали появляться в 1970-ых годах, а первый цветной дисплей представила Sony в 1987 году — он имел диагональ всего 3 дюйма, но первый шаг уже был сделан. Сейчас LCD повсеместно вытеснили любые другие дисплеи, кроме одного — E-Ink.

Посмотрим, как оба типа дисплеев устроены. У LCD самым первым уровнем можно считать лампу подсветки, так как отраженного света не хватает для обеспечения нужной яркости изображения. После этого свет проходит через поляризационный фильтр, который оставляет только те волны, которые имеют определенную поляризацию (грубо говоря — колеблются в нужном положении). После этого поляризованный свет проходит через прозрачный слой с управляющими транзисторами и попадает на молекулы жидкого кристалла. Они же, в свою очередь, под воздействием электрического поля от управляющих транзисторов повернуты так, чтобы управлять интенсивностью поляризованного света, который после этого попадает на субпиксели определенного цвета (красного, синего или зеленого), и в зависимости от поляризации проходит или не проходит через каждый из них (или проходит частично, если слой ЖК уменьшил интенсивность):


С LCD разобрались, переходим к E-Ink. Тут опять используется активная матрица, но вот ни ламп подсветки, ни ЖК нет — для освещения информации на таком дисплее используется чисто отраженный свет, а вместо жидких кристаллов — специальные колбочки с заряженными частицами: черные заряжены отрицательно, белые — положительно. Все круглые колбочки помещены в прозрачный силиконовый лист, заполненный маслом, чтобы колбочки не были видны. Над и под каждой колбочкой есть пара электродов, и в зависимости от полярности подаваемого напряжения частицы разных цветов в колбочке или всплывают, или тонут (по принципу «два одинаковых заряда отталкиваются, а разные — притягиваются»):

Многие считают, что E-Ink дисплее бывают только черно-белыми. Это не так — есть и цветные. Принцип действия схож: также есть два управляющих электрода сверху и снизу капсулы, но вот частицы уже имеют не два цвета, а 4 — по инвертированному типографскому стандарту CMYK (обычно K — ключевой цвет — черный, а тут он белый, все другие цвета такие же: Cyan — бирюзовый, Magneta — розовый, Yellow — желтый):



Таким образом можно получить любой цвет, как и в RGB на LCD дисплеях, но цветовой охват будет все же меньше. Правда, сейчас уже стали появляться новые E-Ink дисплеи, где используется три типа частиц, по цветам RGB, так что по цветовоу охвату отличий уже нет.

Преимущества и недостатки E-Ink

Плюсов у E-Ink много: во-первых, состояние частиц в колбах сохраняется и без поддержания электрического поля, то есть энергия тратится лишь на изменение картинки, текущая может сохраняться сколь угодно долго. Таким образом время автономной работы у устройств с E-Ink дисплеями может быть ощутимо дольше, чем с LCD. Во-вторых, для нормального прочтения информации с такого экрана не нужны лампы подсветки — используется отраженный свет.

Также есть мнение, что чтение с E-Ink меньше напрягает глаза, и соответственно меньше портит зрение. На практике же были проведены множество исследований, и все давали разные результаты (забавный факт — одно из исследований, где E-Ink оказался лучше, спонсировала небезызвестная компания Kindle, в арсенале которой есть электронные книги с E-Ink). В общем и целом можно сказать, что если LCD дисплей не мерцает и имеет высокую яркость, то чтение с него сравнимо с чтением с E-Ink дисплея. 

К серьезному недостатку E-Ink можно причислить только большое время обновления информации на дисплее, порядка 100-150 мс. Поэтому выводить на него динамическую картинку (видео или игры) не представляется возможным — дисплей банально не успевает обновляться, и пользователь видит «кашу» из остатков старого и нового изображений. Увы — этот недостаток убрать нельзя, ибо тут инертность обусловлена физикой: для того, чтобы увеличить скорость частиц в масле, нужно увеличить напряженность электрического поля, а так как тут присутствует вязкое трение на больших скоростях, то для увеличения скорости частиц вдвое нужно увеличить напряжение вчетверо — а это приведет уже к нагреву электродов (и экрана) и к увеличенному энергопотреблению. Так что в итоге электронные чернила отлично подходят только для «читалок», ну и для неторопливого серфинга в интернете.

В итоге мы видим хорошее разделение рынка, что редкость в наше время: LCD отлично подходит для работы и развлечений, где критично важна частота обновления дисплея. Ну а для ридеров и фоторамок, где это не важно, а вот время автономной работы нужно большое — как раз отлично подходит E-Ink. Так что скорее всего в будущем эти две технологии будут сосуществовать вместе без особых пересечений.