Обзор гибких дисплеев e-paper от Plastic Logic

Дисплеи e-paper имеют целый ряд преимуществ перед популярными ЖК TFT-дисплеями. Среди их достоинств следует отметить низкое потребление, высокую надежность, отличное качество отображения даже в условиях яркого освещения, минимальную толщину и вес. В статье проводится обзор дисплеев e-paper от Plastic Logic, которые выдерживают изгиб с радиусом до 30 мм
2387
В избранное

Дисплеи e-paper имеют целый ряд преимуществ перед популярными ЖК TFT-дисплеями. Среди их достоинств в первую очередь следует отметить низкое потребление, высокую надежность, отличное качество отображения даже в условиях яркого освещения, минимальную толщину и вес. Благодаря этому они становятся идеальным выбором для целого ряда приложений. В данной статье проводится обзор дисплеев e-paper от Plastic Logic, которые выдерживают изгиб с радиусом до 30 мм.

По оценкам исследователей в среднем пользователи проводят перед экранами различных устройств (компьютеры, смартфоны, телевизоры) около 400 минут в день, то есть примерно 40% всего время бодрствования [1]. Не удивительно, что дисплеи являются чрезвычайно важным элементом современных гаджетов.

На настоящий момент лидирующее положение на рынке занимают ЖК-дисплеи – на них приходится около 35% [2]. Второе место принадлежит OLED-дисплеям с долей 27%. На третьем месте располагаются обычные сегментные ЖК-индикаторы – 19% рынка. И только 10% рынка приходится на e-paper (также известные, как электронная бумага, e-link, EPD). Вместе с тем, опросы показывают, что 60% разработчиков с интересом смотрят в сторону дисплеев e-paper и видят потенциал их использования в будущем [2].

Дисплеи e-paper обладают уникальными достоинствами: рекордно низким потреблением, отличным качеством отображения даже в условиях яркого освещения, минимальной толщиной и весом. Более того в последнее время интерес к e-paper растет благодаря улучшению их характеристик. В частности, компания Plastic Logic использует свою фирменную технологию органических полевых транзисторов OTFT (Organic thin-film transistor), которая обеспечивает целый ряд дополнительных преимуществ: гибкость, надежность, отсутствие необходимости в защитном стекле, уменьшение толщины и веса (рис. 1) [2].

Гибкие дисплеи e-paper от Plastic Logic не требуют защитного стекла и допускают значительный изгиб

Рис. 1. Гибкие дисплеи e-paper от Plastic Logic не требуют защитного стекла и допускают значительный изгиб [1]

В данной статье проводится обзор гибких дисплеев e-paper, а также отладочных наборов от Plastic Logic.

Технология e-paper. Принцип действия, история, мифы, достоинства, недостатки

Дисплеи e-paper состоят из множества микрокапсул, которые заполнены прозрачной жидкостью с растворенными в ней пигментами: черным (отрицательно заряженным) и белым (положительно заряженным). Слой микрокапсул помещен на пластиковое основание. Под этой панелью располагается матрица транзисторов, с помощью которых происходит ориентация заряженных частиц пигментов за счет приложения электрического поля. Таким образом, подавая электрические импульсы, можно изменять цвет ячеек и создавать изображения. При этом частицы сохраняют свою ориентацию даже при отсутствии электрического поля. В результате потребление e-paper практически полностью определяется энергией, затрачиваемой на обновление, и имеет минимальное значение.

На самом деле технология e-paper (electrophoretic displays) не является чем-то принципиально новым. В действительности первые образцы «электронной бумаги» были созданы еще в 70-е годы. Однако бурный рост интереса к e-ink возник только в последние пять-десять лет. У столь долгого забвения было несколько причин.

Во-первых, технология производства e-paper оказалась достаточно сложной, и для ее совершенствования были необходимы средства. Однако на тот момент более перспективным направлением посчитали обычные ЖК-дисплеи. В результате образцы e-paper долгое время страдали от низкого качества и были не всегда дружелюбны к разработчикам и потребителям.

Во-вторых, до недавнего времени стоимость e-paper оказывалась заоблачной даже по сравнению с TFT, что, конечно же, ограничивало область применения e-paper.

В последнее время наблюдается увеличение популярности носимой электроники, что вызывает рост интереса к малопотребляющим технологиям. В таких условиях e-paper становятся идеальным решением для множества приложений и увеличивают свое присутствие на рынке. По оценкам Allied Market Research рынок e-paper в 2015 году составлял 490 миллионов долларов, однако по прогнозам уже к 2020 году он увеличится до 4,3 миллиарда долларов [1].

В настоящий момент основными достоинствами гибких дисплеев e-paper от Plastic Logic являются:

  • Возможность сгибания, что обеспечивает высокую надежность даже при наличии внешней деформации. Несмотря на появление перспективных образцов, гибкие ЖК и OLED-дисплеи до сих пор не присутствуют на массовом потребительском рынке.
  • Отсутствие необходимости защитного стекла. Это, с одной стороны, упрощает производство, а с другой стороны, снижает стоимость и уменьшает вес конечных устройств.
  • Минимальное потребление. В отличие от ЖК и OLED-дисплеев e-paper не требуют подсветки и постоянного обновления изображения. В результате их потребление оказывается минимальным.
  • Минимальный вес и толщина. Данные преимущества оказываются крайне важными для современной носимой электроники. Более того, эти качества позволяют использовать дисплеи там, где ранее применение ЖК было затруднено (например, бейджики, кредитные карты и т.д.).
  • Отличная различимость изображений даже при ярком дневном освещении.

Как уже было сказано выше, технология e-paper находится на подъеме и постоянно совершенствуется, однако некоторые предубеждения у разработчиков остаются. Рассмотрим наиболее «вредные» мифы о e-paper [2].

Миф 1. По результатам опросов 30% разработчиков считают, что модельный ряд e-paper чрезвычайно узок и ограничен форм-факторами электронных книг. Это совсем не так. Например, компания Plastic Logic выпускает не только широкий спектр стандартных дисплеев самых различных размеров (1,1/ 1,38/ 2,1/ 3,1/ 4,0/ 4,9/ 4,7/ 10,7/15,4"), но и готова производить дисплеи с уникальными габаритами по запросу заказчиков.

Миф 2. Примерно 25% опрошенных разработчиков считают, что работа с e-paper чрезвычайно сложна. Однако этот недостаток давно остался в прошлом. На рынке присутствуют готовые интегральные контроллеры, например, UC8156 от Ultrachip или S1D13541 от Epson, которые берут на себя все вопросы, связанные с обновлением экрана. Более того, Plastic Logic предлагает дисплеи e-paper со встроенными контроллерами, а также множество отладочных наборов для ознакомления с возможностями своей продукции.

Миф 3. Около 31% разработчиков ошибочно полагают, что срок службы e-paper оказывается гораздо короче, по сравнению с традиционными ЖК-дисплеями. Так действительно может показаться с первого взгляда. Дело в том, что современные e-paper обеспечивают «всего» несколько миллионов обновлений, что кажется смешным с точки зрения ЖК TFT. Однако здесь нужно еще раз подчеркнуть, что e-paper не требуют постоянного обновления изображений, и однажды сформированная картинка будет сохраняться долгое время без каких-либо проблем. Поэтому двух миллионов обновлений хватит, например, чтобы 3333 раза прочитать роман «Преступление и наказание», который содержит около 600 страниц.

Миф 4. Многие полагают, что e-paper могут использоваться только как пассивные экраны. Это также заблуждение. e-paper без особых проблем способны работать в составе сенсорных экранов.

Хотя многие мифы о e-paper оказываются далеки от действительности, вместе с тем, не стоит думать, что у e-paper нет недостатков. Недостатки есть и весьма значительные:

  • Монохромность изображения. Современные e-paper, как правило, монохромны (поддерживают всего несколько оттенков серого) либо трехцветны (например, красный+черный+белый). Конечно, такая ограниченность прощается далеко не во всех приложениях. В ближайшее время не стоит ждать телевизоров, использующих e-paper.
  • Низкое быстродействие. К сожалению, скорость обновления изображения для многих e-paper, значительно уступает аналогичным показателям ЖК. В частности для дисплеев от Plastic Logic скорость обновления составляет около 900 мс при температуре выше +15°С и увеличивается до 3,5 секунд при снижении температуры до +0°С.
  • Благодаря отлаженному массовому производству, ЖК по-прежнему выигрывают у e-paper по стоимости, несмотря на то, что ситуация понемногу изменяется.
  • Ограниченный температурный диапазон. В настоящее время массовые монохромные ЖК способны работать при температурах до -20 °С, кроме того, без проблем можно найти и модели с рабочим температурным диапазоном до -30 °С. В то же время для e-paper типовой диапазон рабочих температур составляет 0…+40 °С, что ставит под сомнение возможность их использования в некоторых приложениях.

Области применения e-paper от Plastic Logic

Благодаря своей гибкости, дисплеи от Plastic Logic имеют расширенный диапазон приложений по сравнению с традиционными e-paper (рис. 2).

Носимая электроника. Как уже было сказано выше, низкое потребление, минимальный вес и толщина делают e-paper идеальным выбором для носимых гаджетов (пуьсомеры, шагомеры, фитнес-треккеры и т.д.).

Кредитные карты. Существует информация о том, что ведущие финансовые корпорации рассматривают вариант создания универсальной кредитной карты на базе e-paper. По задумке такая карта будет попеременно отображать данные требуемых платежных систем Amex, MasterCard, Visa.

Смарт-карты. e-paper могут стать основой для нового поколения смарт-карт (дисконтные карты, карты оплаты, пропуски и т.д.).

Украшения и элементы одежды. В последнее время стали появляется украшения и элементы одежды, в которых используется e-paper. Например, интерактивный браслет Tago Arc от L!BER8 позволяет изменять орнамент по желанию пользователя.

Электронные книги. Традиционная область применения для e-paper.

Ко всему вышеперечисленному можно добавить интерактивные календари, игры, бейджики, информационные табло и многие другие приложения.

Области применения гибких e-paper

Рис. 2. Области применения гибких e-paper [1]

Стандартные дисплеи e-paper от Plastic Logic

В настоящее время компания Plastic Logic выпускает три семейства гибких e-paper:

  • e-paper со встроенным контроллером UC8156 от Ultrachip;
  • e-paper со встроенным контроллером S1D13541 от Epson;
  • e-paper без встроенного контроллера.

В семейство e-paper со встроенным контроллером UC8156 от Ultrachip входит четыре модели с диагоналями 1,1/ 1,38/ 2,1/ 3,1” и разрешением до 240x146 пикселов (таблица 1). Для всех моделей существует поддержка 4 оттенков серого.

В семейство e-paper со встроенным контроллером S1D13541 от Epson входит две модели с диагоналями 4,0 и 4,9”, и с разрешением 4000x240 и 720x120 пикселов, соответственно (таблица 1). Эта группа дисплеев обеспечивает отображение до 16 оттенков серого цвета.

Таблица 1. Характеристики e-paper со встроенным контроллером от Plastic Logic

Параметр

1.1"

1.38"

2.1"

3.1"

4.0"

4.9"

Платформа (контроллер)

Ultrachip UC8156

Epson S1D13541

Разрешение

148 x 70

180 x 100

240 x 146

312 x 74

400 x 240

720 x 120

Размер активной зоны

25,16 x 11,9 мм

30,6 x 17,0 мм

46,08 x 28,03 мм

75,5 x 17,91 мм

88,0 x 52,8 мм

122,4 x 20,4 мм

Плотность пикселов

150 пикс/дюйм

150 пикс/дюйм

132 пикс/дюйм

105 пикс/дюйм

115 пикс/дюйм

150 пикс/дюйм

Радиус изгиба (радиус)

30 мм (тип)

30 мм (тип)

30 мм (тип)

30 мм (тип)

50 мм (тип)

20 мм (тип)

Число оттенков

до 4

до 16

Время обновления

< 900 мс

Поверхность

антибликовая/ UV-защита/ защитное покрытие

Вес

1,2 г

1,5 г

2,2 г

2,2 г

4,1 г

3 г

Толщина

460 мкм

460 мкм

460 мкм

460 мкм

650 мкм

600 мкм

Встроенный драйвер

да

да

да

да

да

да

Драйвер источника

да

да

да

да

да

да

EPD-контроллер

да

да

да

да

да

да

Встроенная система питания

да

да

да

да

-

-

Варианты поставки

Образцы и массовые поставки

Образцы

Образцы и массовые поставки

Образцы и массовые поставки

Образцы и массовые поставки

Образцы

Дисплеи с большой диагональю выпускаются без встроенного контроллера: 4,7/ 10,7/15,4” (таблица 2). При этом максимальное разрешение достигает 1920 x 1280. Количество поддерживаемых оттенков – до 16.

Таблица 2. Характеристики e-paper без встроенного контроллера от Plastic Logic

Параметр

4.7"

10.7"

15.4"

Разрешение

800 x 450

1280 x 960

1920 x 1280

Размер активной зоны

103,7 x 58,3 мм

217,6 x 163,2 мм

326,4 x 217,6 мм

Плотность пикселов

196 пикс/дюйм

150 пикс/дюйм

150 пикс/дюйм

Радиус изгиба (радиус)

50 мм (тип)

50 мм (тип)

100 мм (тип)

Число оттенков

до 16

Время обновления

< 900 мс

Поверхность

антибликовая/ UV-защита/ защитное покрытие

Вес

6  г

37  г

92  г

Толщина

650 мкм

650 мкм

730 мкм

Встроенный драйвер

да

да

да

Драйвер источника

да

да

да

EPD-контроллер

-

-

-

Встроенная система питания

-

-

-

Варианты поставки

Образцы и массовые поставки

Образцы

Образцы и массовые поставки

Все дисплеи без проблем переносят изгиб с радиусом до 30 мм. Защиту от царапин обеспечивает дополнительное лицевое покрытие. Для увеличения качества изображения у всех моделей присутствует антибликовое покрытие.

Компания Plastic Logic всячески подчеркивает тот факт, что в случае необходимости могут быть разработаны уникальные модели в соответствии с требованиями заказчика.

Сейчас Plastic Logic предлагает как штучную поставку инженерных образцов, так и серийные поставки для массового производства. Кроме инженерных образцов разработчики могут воспользоваться существующими отладочными наборами.

Отладочные наборы для e-paper от Plastic Logic

Для ознакомления с дисплеями e-paper от Plastic Logic предлагается три типа наборов с различными отладочными платами [3]:

  • на базе MSP430 (наименование K_MSP430);
  • на базе Beaglebone (наименование K_Beaglebone);
  • на базе i.MX6 (наименование K_i.MX6);

В таблице 3 приведены совместимость процессорных плат и дисплеев, а также отмечены достоинства и недостатки каждого решения.

Таблица 3. Совместимость процессорных отладочных плат и дисплеев

Дисплеи

K_MSP430

K_Beaglebone

K_i.MX6

1.1"

+

-

-

1.38"

+

-

-

2.1"

+

-

-

3.1"

+

-

-

4.0"

+

+

-

4.9"

+

+

-

4.7"

+

+

+

10.7"

+

+

+

15.4"

-

-

+

Время загрузки

отлично

средне

средне

Потребление

отлично

средне

плохо

Производительность

отлично для малых разрешений

средне

отлично

В состав отладочных комплектов также входят соединительные кабели и переходные адаптеры. В качестве примера на рис. 3 представлена схема соединений с указанием наименований составных частей наборов [3].

e_paper_3.png (27 KB)

Рис. 3. Варианты отладочных наборов для дисплея 10,7”

Заключение

Гибкие дисплеи проигрывают традиционным ЖК и OLED-дисплеям по яркости и быстродействию, но обеспечивают высокую надежность, рекордно низкое потребление, минимальный вес и толщину. Все это делает их идеальным выбором для целого ряда приложения, начиная от электронных книг и бейджиков, заканчивая украшениями и информационными табло.

Производитель: Plastic Logic GmbH
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
1.1inch display_700835
1.1inch display_700835
Plastic Logic GmbH
Арт.: 3173322 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Дисплей e-paper со встроенным контроллером UC8156 от Ultrachip, разрешение до148x70 пикселов, время обновления
1.1inch display_700835 5854,13
-
Поиск
предложений
1.38inch display_700817
1.38inch display_700817
Plastic Logic GmbH
Арт.: 3173323 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Дисплей e-paper со встроенным контроллером UC8156 от Ultrachip, разрешение 180x100 пикселов, время обновления
1.38inch display_700817 6374,50
-
Поиск
предложений
2.1inch display_700756
2.1inch display_700756
Plastic Logic GmbH
Арт.: 3173324 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Дисплей e-paper со встроенным контроллером UC8156 от Ultrachip, разрешение до 240x146 пикселов, время обновления
2.1inch display_700756 8976,33
-
Поиск
предложений
3.1inch display_700524
3.1inch display_700524
Plastic Logic GmbH
Арт.: 3173325 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Дисплей e-paper со встроенным контроллером UC8156 от Ultrachip, разрешение до 312x74 пикселов, время обновления
3.1inch display_700524 11578,17
-
Поиск
предложений
4.0inch display_700557
4.0inch display_700557
Plastic Logic GmbH
Арт.: 3173326 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Дисплей e-paper со встроенным контроллером S1D13541 от Epson и разрешением 4000x240 пикселов, время обновления
4.0inch display_700557 12879,09
-
Поиск
предложений
4.7inch display_700453
4.7inch display_700453
Plastic Logic GmbH
Арт.: 3173327 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Дислей e-paper без встроенного контроллера, разрешение 800 x 450 пикс., время обновления
4.7inch display_700453 15480,92
-
Поиск
предложений
4.9inch display_700408
4.9inch display_700408
Plastic Logic GmbH
Арт.: 3173329 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Дисплей e-paper со встроенным контроллером S1D13541 от Epson и разрешением 720x120 пикселов, время обновления
4.9inch display_700408 19383,68
-
Поиск
предложений
10.7inch display_700264
10.7inch display_700264
Plastic Logic GmbH
Арт.: 3173330 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Дислей e-paper без встроенного контроллера, разрешение 1280 x 960 пикс., время обновления
10.7inch display_700264 45402,04
-
Поиск
предложений
15.4inch display_700266
15.4inch display_700266
Plastic Logic GmbH
Арт.: 3173331 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Дислей e-paper без встроенного контроллера, разрешение 1920 x 1280 пикс., время обновления
15.4inch display_700266 103943,35
-
Поиск
предложений
K_MSP430_303001
K_MSP430_303001
Plastic Logic GmbH
Арт.: 3173332 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Отладочные наборы для e-paper на базе MSP430
K_MSP430_303001 45402,04
-
Поиск
предложений
K_Beaglebone_303003
K_Beaglebone_303003
Plastic Logic GmbH
Арт.: 3173333 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Отладочные наборы для e-paper на базе Beaglebone
K_Beaglebone_303003 64915,81
-
Поиск
предложений
K_i.MX6_303013
K_i.MX6_303013
Plastic Logic GmbH
Арт.: 3173334 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Отладочные наборы для e-paper на базе i.MX6
K_i.MX6_303013 195007,61
-
Поиск
предложений

Сравнение позиций

  • ()