Краткий обзор и сравнительный анализ технологии e-ink с другими типами дисплеев

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Краткий обзор и сравнительный анализ технологии e-ink с другими типами дисплеев

Человечество долгое время занимается поиском оптимальных решений для создания дисплеев, которые могли бы отображать информацию, не доставляя пользователю дискомфорта при длительной работе, требующей особой сосредоточенности (например - чтении книг). Наконец, было найдено одно из таких решений. Это - мониторы, основанные на технологии e-ink (электронные чернила). Данные мониторы, по свойству их нагрузки на глаза сопоставимы с обыкновенной книгой. Также, они потребляют мало энергии. Все эти свойства делают данную технологию наиболее оптимальной для применения в электронных устройствах для чтения (электронных книгах). Эта технология, также применяется и в других устройствах (например, в некоторых моделях мобильных телефонов, в качестве дополнительного экрана).

Рис. 1. Устройство с дисплеем e-ink

Цель работы

Провести анализ принципа работы монитора e-ink, а также анализ его структуры. Рассмотреть основные характеристики и функции e-ink монитора.

Выявить достоинства и недостатки e-ink мониторов на основе результатов сравнительного анализа с другими, наиболее распространёнными типами мониторов.

Структурная схема системы

Структурными элементами дисплеев на базе электронных чернил являются микрокапсулы, диаметр которых не больше толщины человеческого волоса. Внутри каждой микрокапсулы находится большое количество пигментных частиц двух цветов: положительно заряженные белые и отрицательно заряженные черные, а все внутреннее пространство микрокапсулы заполнено прозрачной жидкостью.

Рис. 2. Структура дисплея на базе электронных чернил (e-ink)

В e-ink мониторах также присутствуют электроды, с которых подаётся положительный или отрицательный заряд, поднимая на поверхность (и делая видимыми) чернила, с противоположным знакам заряда. К передней прозрачной панели и задней закрывающей части корпуса нет особых требований, так как они не участвуют в формировании изображения.

Принцип работы e-ink-мониторов

Мониторы, сделанные по технологии электронных чернил, также называют - отражающими. Данное название даётся им потому, что при передаче изображения эти мониторы не излучают свет. Изображение воспринимается глазом, как на обычной бумаге (за счёт отражённых от изображения световых лучей). Так мы видим все естественные объекты, не излучающие свет (например - деревья, столы, страницы бумажных книг, и другие изображения, которые не издают собственных световых волн). Такая система передачи цвета называется - субтрактивной.

Большинство других, наиболее распространённых типов мониторов используют аддитивную модель цветопередачи, в которой изображение получается путём прямого попадания световых волн в глаза, прямо от источника, формирующего изображение.

Изображение на e-ink-дисплеях получается следующим образом:

Находящиеся под чернильными микрокапсулами электроды, подают разряд определённого знака. Данный разряд вызывает притяжение чернил, которые заряжены противоположно и отталкивает чернила с одноимённым зарядом (удаляя их из поля видимости), таким образом получается точка чёрного, или белого цвета (в зависимости от притянутых чернил). Таким образом, формируется чёрно-белое изображения, состоящие из множества таких капсул, с нужным направлением чернил.

Полутона могут получаться разными способами:

В некоторых моделях e-ink-дисплеев на каждую капсулу приходится по несколько управляющих электродов, что даёт возможность притягивать чернила различных зарядов (а соответственно и цветов) в одной капсуле, но в общем случае, оттенки серого получаются чередованием чёрных и белых точек. Ведь и в случае с несколькими управляющими электродами происходит аналогичная ситуация, просто цвет уже может занимать не всю капсулу, а её часть, тем самым давая увеличение максимальной разрешающей способности данного монитора. Наш глаз не видит чёткого разграничения каждой точки, так как они слишком малы, а следовательно - путём их смешивания и усреднения он воспринимает различные комбинации этих точек не только, как чёрно-белое изображение, но и с учётом оттенков серого.

Стоит заметить, что состояние капсул меняется только во время изменения самого изображения, а для поддержания его в статичном виде разрядов не требуется, а сами капсулы остаются в одном и том же состоянии до подачи следующего разряда, поэтому для сохранения статичного изображения затраты электроэнергии не требуются, они потребуются только при его изменении. Эта особенность является одной из ключевых, благодаря которой, мониторы на основе электронных чернил потребляют рекордно-низкое количество электроэнергии.

Также, отсутствие прямого свечения от данного монитора, и отсутствие мерцания (так как статичное изображение не нуждается в поддержке) снижает нагрузку на глаза и делает её такой же, как при чтении обычной бумажной книги. Это же даёт угол обзора, который не ограничен дополнительными факторами, а равен углу обзора обычной книги.

Рис. 3. Так выглядит изображение на дисплее e-ink

Общее описание принципов работы других, наиболее распространённых технологий мониторов

В электронно-лучевом мониторе изображение получается путём бомбардировки электронами стекла, покрытого люминофором. Различная интенсивность данных бомбардировок вызывает свечение люминофора и формирование изображения (построчно) слева направо и сверху вниз.

Это даёт аддитивность (так как свечение идёт напрямую от монитора), и большое мерцание, так как для поддержки свечения требуется повторять данную процедуру.

В ЖК-мониторах изображение получается так:

Подсветка монитора (может быть основана на разных технологиях, например - светодиодная), испускает лучи, на 1-ом светофильтре отсекаются все горизонтальные лучи. Далее, прошедшие фильтрацию вертикальные лучи, проходят через систему жидких кристаллов (ориентация которых меняется только при подаче напряжения). Нужные для изображения лучи, пройдя через сориентированную систему жидких кристаллов поворачиваются на 90 градусов, и только их (горизонтальные лучи) пропускает 2-ой светофильтр, а все промежуточные лучи не доходят до следующего этапа. Далее, прошедшие фильтрацию лучи попадают на люминофор (каждый пиксель матрицы монитора разделён на 3 под-пикселя, которые покрыты окрашенным в 3 разных цвета люминофором: красный, зелёный и синий, что соответствует 3 основным цветам аддитивной модели RGB, все остальные цвета получаются путём их смешения).

Таким образом формируется изображение из этих пикселей, цвет которых обусловлен интенсивностью горения каждого из его под-пикселей.

У данного монитора аддитивная модель (прямое свечение) и требуется постоянное обновление операции формирования изображения (мерцание).

В плазменных мониторах используется следующий способ получения изображения:

Каждый пиксель состоит из 3-х под-пикселей. Это колбочки, внутри которых содержится газ. Они покрыты люминофорами цветов системы RGB. При подаче напряжения на такой под-пиксель, газ, находящийся в нём превращается в плазму и вызывает свечение люминофора (аналогично люминесцентной лампе). Интенсивность горения этих под-пикселей определяет цвет пикселя, а из пикселей строится изображение. Для поддержки состояния плазмы и формирования свечения (аддитивная модель) требуется постоянное повторение операции формирования изображения (мерцание).

Сравнительный анализ e-ink, ЖК, ЭЛТ и плазмы

e-ink - единственный, из всех вышеуказанных мониторов имеет субтрактивную систему цветопередачи, что является несомненным плюсом, когда речь идёт о снижении нагрузки на органы зрения, например, при длительном чтении. Также субтрактивность поможет вам получить более контрастное изображение при ярком солнечном свете (или при работе других посторонних источниках света). Но есть и минус, который заключается в ухудшении контрастности при снижении света в окружающей среде (и полном отсутствие изображения при исключении источников света). Но отсутствие прямых лучей от монитора убирает мерцание и понижает нагрузку на глаза. Так же на отсутствие мерцания влияет и то, что статичное изображение не нужно обновлять, а это - ещё и снижение энергопотребления.

Но есть и ещё очень существенные минусы. Обновление состояния капсул занимает внушительное время (около 500 мили-секунд), что ведёт к невозможности плавного просмотра быстроменяющихся изображений, а это - не видео не посмотреть, не в игру не поиграть (ну если, конечно, это - не сапёр).

Также отсутствие полноценной цветопередачи препятствует возможности нормального просмотра видео и игры на данном дисплее.

ЖК, ЭЛТ и плазма дают полноценные цвета, но эти мониторы работают с аддитивной системой цветопередачи (сами светят), а это и нагрузка на глаза и требование к мерцанию, ещё больше увеличивающему эту нагрузку. Конечно, есть разные технологии тех же ЖК, но в среднем, расстановка выглядит так:

Больше всего электроэнергии потребляет, как правило ЭЛТ (он же и мерцает больше всех 100-120 Герц для того, чтобы мерцания не было заметно, так как он развёртывает изображение построчно). У плазмы среднее энергопотребление меньше, чем у ЭЛТ, да и с мерцанием дела обстоят лучше (60-100 Герц, мерцание будет не так заметно, так как изображение выводится сразу, а не по строкам). У ЖК дела с мерцанием обстоят аналогично плазме, а вот энергопотребление меньше, чем у неё (и тем более у ЭЛТ). Так же ЖК имеют более высокое разрешение, чем плазма, но в зависимости от матрицы, может страдать угол обзора и качество цветопередачи.

Так же, из-за технологических особенностей, у плазменных мониторов, как правило большие габариты и небольшой срок службы. Это связано с невозможностью изготовления люминесцентных ламп (основного элемента любой плазменной панели), обладающих маленьким размером, да и срок службы у таких ламп - не велик (по сравнению с остальными вышеуказанными технологиями). Но из-за большого угла обзора, плазма часто используется в качестве телевизора, да и её внушительные размеры (при её более дешёвой цене, по сравнению с ЖК подобных габаритов), даёт ей широкое применение там, где нужно изображение большого размера и без претензий к разрешению. Например, для больших рекламных стендов, просматриваемых публикой с большого расстояния.

Таблица 1

В таблице 1, рядом с каждым измерением представлено число в 10-ти бальной системе. В предпоследней строке приведён общий рейтинг каждой из этих технологий, с учётом весов, которые указаны в скобках (рядом с обозначением каждого критерия). Как видно из этой таблицы, наименьшей ценой обладает технология e-ink, а наилучшее качество показывает ЖК.

В заключение хотелось бы ещё раз отметить наиболее оптимальное применение каждой из указанных технологий. ЭЛТ - устаревшая технология (хотя, есть профессиональные ЭЛТ-мониторы с качественной цветопередачей, которые используют дизайнеры. Хотя, с появлением матрицы IPS, ЭЛТ и тут начинает уступать, постепенно теряя свою актуальность).

ЖК - самый распространённый и универсальный тип, который (в зависимости от матрицы), может обладать хорошим качеством цветопередачи, относительно большими углами обзора и низким потреблением энергии. Матриц много - для разных задач. Также у него низкое мерцание (в сравнении с ЭЛТ). Разрешение - тоже наиболее высокое (зависит от матрицы). Да и время отклика - наиболее универсально подходящее многим.

Плазма - для тех, кому нужно большое изображение с умеренным разрешением (как-правило - это 1024х768), при недорогой (в сравнении с ЖК) цене. Так же подойдёт и в качестве телевизора, если разумная диагональ и нет нужды в Full HD.

e-ink - конечно, обладает специфическими характеристиками, но ведь и круг задач у него не менее специфичен. Да, в игры на нём не поиграешь и видео не посмотришь (сумасшедше-долгое время отклика, да и отсутствие полноценной цветопередачи дают о себе знать). Но, для чтения книг - он подходит больше всех (глаза не нагружает, батарейку сажает медленно, а быстрый отклик, высокое разрешение, да и качественная цветопередача - при чтении текстов не очень нужна. Конечно, для Photoshop'а не подойдёт.

дисплей монитор изображение чернило

Размещено на Allbest.ru