Электронная бумага и электронные книги

Как показывает практика, развитие мультимедийных технологий так и не смогло значительно потеснить издавна привычный способ получения информации - чтение текстов. Аудиокниги захватили немалый сегмент рынка, а массовая доступность просмотра видео нередко приводит к тому, что даже с классическими литературными произведениями огромное количество людей впервые знакомится по экранизациям. Но книги и периодические печатные издания позиции не сдают. Однако современные технологии меняют само понятие «книга».

Становятся все более и более популярными тексты в электронных форматах. По многим параметрам такой способ их распространения и использования удобнее стандартной печати. Поэтому при выборе мультимедийного плеера многие уделяют внимание тому, насколько удобно будет с его помощью читать тексты. Для мобильных телефонов постоянно пишется дополнительное программное обеспечение, облегчающее этот процесс, да и специализированные устройства -электронные книги, ориентированные именно на воспроизведение текстовой информации, все более и более заметны на рынке. И им не мешает ни масса «детских болезней», ни высокая цена.

Первыми массовыми электронными книгами были устройства с монохромными LCD-экранами, выпущенные практически одновременно в 1998 г. компаниями «NuvoMedia» и «Softbook Press». Впоследствии они были модифицированы, появились книги с полноцветными экранами и расширенной функциональностью.

Но все подобные разработки не нашли широкого применения. Нужны были разработки преодолевающие недостатки существующих дисплеев. Например, от подсветки жидкокристаллических мониторов газоразрядными лампами человеческий глаз может сильно уставать. Обычные «светящиеся» дисплеи при внешней засветке блекнут. Нужны были технологии, формирующие изображение в отраженном свете, как обычный печатный лист, имеющие большой угол обзора. Устройства для изображения должны были быть легкими и малопотребляющими. Всего этого добились с появлением экранов, реализованных по технологии электронной бумаги.

Электронная бумага (англ, e-paper, electronic paper, EPD -electronic paper display или электронные чернила, англ, e-ink) - технология отображения информации, разработанная для имитации обычной печати на бумаге. В отличие от традиционных жидкокристаллических плоских дисплеев, в которых используется просвет матрицы для формирования изображения, электронная бумага формирует изображение в отраженном свете, как обычная бумага, и может показывать текст и графику неопределенно долго, не потребляя при этом электрическую энергию и позволяя изменять изображение в дальнейшем.

Технология электронной бумаги была разработана учеными из Массачусетсского технологического института в 1997 г. Персональное авторство приписывают Джозефу Якобсону. Именно им в том же году была создана корпорация «Е Ink» («Е Ink Corporation»), которая, совместно с «Philips», через два года разработала и вывела эту технологию на рынок.

Электронная бумага была разработана с целью создания дисплеев нового типа, которые по оптическим и механическим характеристикам были бы схожи с обычной бумагой. Базовыми элементами таких дисплеев (рис. 5.6) являются микрокапсулы, диаметр которых не превышает толщину человеческого волоса. Внутри каждой капсулы находится большое количество пигментных частиц (диаметр частицы не превышает 1-5 мкм) двух цветов: положительно заряженные белые и отрицательно заряженные черные (заряд наносится с помощью специального заряженного полимера), а все внутреннее пространство капсулы заполнено прозрачной жидкостью.

направление взгляда наблюдателя

+ - +

нижние металлические электроды

Рис. 5.6. Принцип устройства электронной бумаги

Слой капсул расположен между двумя рядами электродов (сверху - прозрачных, снизу - непрозрачных), образующих координатную сетку (матрицу). Когда некоторому тыльному участку активной области экрана придается положительный электрический заряд, во всех микрокапсулах на этом участке белые частицы пигмента перемещаются в «верхнюю» часть. В то же самое время электрическое поле тянет черные частицы на «нижнюю» сторону капсул, и они будут скрыты от взора пользователя. В результате действия такого процесса пользователь сможет наблюдать появление на экране электронно-чернильного дисплея белого пятна - точки, пикселя белого цвета. Поменяв полярность приложенного электрического потенциала, можно добиться того, чтобы черные частицы пигмента оказались на лицевой стороне микрокапсул, а белые - на тыльной. Тогда на том же месте на экране дисплея сформируется черное пятно. Так можно будет создавать на электронно-чернильном экране довольно большие и сложные изображения.

Благодаря остаточным зарядам и силам Ван-дер-Ваальса дисплеи на базе электронных чернил способны сохранять изображение на экране даже при отсутствии электропитания (подача напряжения на управляющие электроды необходима лишь для переключения состояния пикселя), что, наряду с отсутствием лампы подсветки, обеспечивает очень низкий уровень энергопотребления. Такие дисплеи являются отражающими и обеспечивают хорошую читаемость изображения при любом освещении. В качестве подложки для создания дисплеев на основе электронных чернил можно использовать различные материалы: стекло, пластик, металлическую фольгу, ткань и даже бумагу.

Одно из преимуществ, заявленных для дисплеев, работающих по этой технологии, - умение изгибаться, но это не самая главная, а порой даже и вредная особенность. Гибкий экран может демонстрировать искаженные, искривленные изображения, приобрести «память формы», если будет долго находиться в свернутом состоянии, и помяться.

Основными недостатками дисплеев на базе электронных чернил являются большая инерционность (время переключения пикселей составляет 260-500 мс), ограниченное количество воспроизводимых оттенков (8 оттенков серого в новых устройствах), большое время обновления по сравнению с ЖК-мониторами, что не позволяет производителям использовать сложные интерактивные приложения (анимированные меню, указатели мыши или скроллинг).

Технология электронных чернил сегодня находится в развитии. Постоянно приходят известия о появлении новых подходов к их созданию. Прежде всего появилась цветная электронная бумага, которая в целом строится так же, как монохромная, но включает тонкие окрашенные оптические фильтры. Множество точек разбиты на триады, как правило, состоящие из трех стандартных цветов: голубой, пурпурный и желтый (CMY). Цвета формируются так же, как и в других дисплеях.

В той или иной форме электронная бумага разрабатывалась фирмами «Gyricon», «Philips», «Fujitsu», «Kent Displays» (холестерические дисплеи - англ, cholesteric), «Nemoptic» (бистабильный нематический дисплей - англ, bistable nematic - BiNem-технология), «NTERA» (электрохромные - nanochromics), «Е Ink and SiPix imaging» (электрофоретические).

Некоторые разработки существенно отличаются от применявшихся ранее. Так, в одной из технологий создания электронной бумаги каждый ее пиксель представляет собой пустотелую герметичную ячейку, в основе которой лежит алюминиевая пластина, отражающая свет, а в центре ячейки - крошечные полимерные колодцы, заполненные углеродными чернилами. Сверху конструкцию прикрывает тонкопленочный прозрачный электрод из оксида индия олова. Напряжение, приложенное к электроду и подложке, заставляет чернила мгновенно вытечь из колодца и заполнить всю ячейку. После снятия напряжения чернила тут же собираются обратно в колодец. А поскольку резервуар занимает порядка 5 % от общей видимой площади, в «свернутом» состоянии чернила почти не видны. Для получения цветных пикселей авторы проекта решили применить светофильтры, наложенные поверх ячеек. Ширина одной точки в новом дисплее составила 100 мкм, а разрешение экрана - 300 точек на дюйм. Но главное преимущество новинки в другом. Новая бумага отражает 60 % падающего света (прежние разработки - 35-40 %), а это уже сравнимо с обычной белой бумагой: у нее отражение - 85 %. Значит, такая бумага с «бегающими» чернилами будет намного ближе по восприятию к печатной продукции, чем все предыдущие варианты. Второе преимущество новинки - время переключения пикселей между черным и белым состоянием. Оно составляет всего одну миллисекунду, что даже быстрее, чем у хороших ЖК-экранов. Следовательно, новая бумага куда лучше приспособлена для воспроизведения видео.

Появилась цветная бумага, которая использует принцип формирования изображения на основе отражающих жидких кристаллов (Reflex LCD). Группа ученых из Канады и Британии создала дисплей на базе управляемого синтетического опала, мгновенно меняющего цвет почти во всем видимом спектре. Компания «Qualcomm» представила технологию Mirasol, в основе которой лежат так называемые MEMS-элементы. Ее дисплеи сочетают преимущества стандартных жидкокристаллических экранов и технологии «электронных чернил» (E-lnk). Дисплеи имеют очень низкое энергопотребление и в то же время могут отображать полноцветные изображения. Были продемонстрированы образцы, способные отображать цветное видео с качеством 30 кадров в секунду. Уже сейчас существуют действующие образцы таких дисплеев с диагональю 5,7 дюйма и разрешением 1 024 х 768 пикселей, которые могут использоваться в связке с емкостными сенсорными экранами. Так что поиск лучших решений не прекращается.

Предполагаемое применение электронной бумаги включает электронные книги, которые могут хранить цифровые версии многих литературных произведений, электронные вывески, наружную и внутреннюю рекламу.

Например, в феврале 2006 г. бельгийская финансовая ежедневная газета «De Tijd of Antwerp» анонсировала планы по продаже электронной версии газеты для избранных подписчиков. Это было первое подобное применение электронной бумаги. В начале 2007 г. газета «New York Times» начала тестирование собственных функциональных электронных газет.

Чтобы уменьшить риск при дистанционном банковском обслуживании с помощью смарт-карт в них компанией «Smartdisplayer» был встроен гибкий дисплей от компании «SiPix Imaging». «Motorola» выпустила телефон с названием MOTOFONE, который использует экран от компании «Е Ink Corporation». Японская компания «Торрап Printing» совместно с министерством внутренних дел и бюро связи проводит испытания плакатов из электронной бумаги. Сообщается, что электропотребление плаката размером 3,2 х 1,0 м составляет 24 Вт.

Но, как уже отмечалось выше, внедрение технологии E-ink сильнее всего отразилось на рынке электронных книг.

Электронная книга (англ. E-book device)- общее название группы узкоспециализированных компактных устройств, предназначенных для отображения текстовой информации, представленной в электронном виде. Все эти разработки объединяет одно - их экраны работают на отраженном свете, так же, как «действует» и лист обычной бумаги с буквами и рисунками. Расход энергии такими устройствами на порядки ниже классических ЖК и прочих типов экранов, а читаемость электронных книг (электронной бумаги) только улучшается по мере роста внешней освещенности, в противовес обычным «светящим» дисплеям, которые при внешней засветке блекнут.

Внешне все электронные книжки похожи друг на друга. Схожесть их объясняется тем, что главным элементом конструкции является дисплей на базе технологии электронных чернил, диагональю 16 см и разрешением 600 х 800 точек, что сравнимо с листом бумаги формата А6. Дисплей занимает основную часть лицевой поверхности устройства, толщина его невелика, задняя стенка почти глухая. В целом книга выглядит как небольшой тонкий планшет или как «расплющенный» карманный ПК. Основным же отличием данной группы устройств от карманных ПК, планшетных компьютеров или субноутбуков является ограниченная функциональность при существенно большем времени автономной работы.

В одном устройстве могут храниться сотни и тысячи книг. Электронную книгу значительно проще транспортировать за счет меньших массы и объема, по сравнению с печатными книгами. В электронной книге может быть реализован поиск по тексту, переходы по гиперссылкам, отображение временных выделений и примечаний. Начертание и размер шрифта может изменяться динамически.

Электронная книга позволяет отображать не только тексты, но и анимированные картинки, мультимедийные клипы или проигрывать аудиокниги. Встроенные программы-синтезаторы речи позволяют озвучивать тексты.

В то время как устройство для чтения электронных книг стоит значительно дороже одной книги, электронные тексты стоят дешевле, чем их бумажные аналоги. Распространение и поиск электронных книг имеет существенно меньшие издержки, чем бумажных аналогов. В конце концов использование электронных книг уменьшает вред, наносимый природе, экономя большое количество бумаги. Устройства для чтения электронных книг не могут работать без своевременной подзарядки, тем не менее на сегодняшний день это наименее энергопотребляющие устройства, способные на автономную работу продолжительностью вплоть до месяца.

В электронных книгах часто используются технические средства защиты авторских прав (ТСЗАП или англ. DRM - digital rights management)- программные или программно-аппаратные средства, которые затрудняют создание копий защищаемых произведений (распространяемых в электронной форме) либо позволяют отследить их создание.

Кроме очевидных перечисленных «плюсов», электронные книги имеют и свои недостатки. Устройства для чтения электронных книг более чувствительны к физическому воздействию, чем печатные книги. Они на сегодняшний момент имеют достаточно высокую стоимость. Пока большинство издателей не производят электронные книги параллельно с бумажными, что приводит к значительной задержке появления электронных вариантов. Контрастность изображения пока ниже, чем у обычной бумаги.

Отличаются модели электронных книг одна от другой в первую очередь расположением на корпусе органов управления и интерфейсом управления. Управляться книга может или из экранного меню при минимуме кнопок или в основном только с помощью кнопок. Последний вариант далеко не худший с учетом медленного отклика электронно-чернильных дисплеев.

Очевидными базовыми возможностями, присущими аналоговым книгам, так и просящимися в цифровые, являются открытие на любой странице и закладки. Подобная функциональность ныне реализована не только в специальных «читалках», но и, нередко, в плеерах с поддержкой чтения текстов и прочих простых электронных устройствах.

Открыть книгу на нужной странице очень просто: набираем ее номер при помощи кнопок с цифрами, подтверждаем набранное центральной кнопкой и мы на странице с нужным номером. Еще к нужному месту можно перейти при помощи оглавления книги. Пользоваться оглавлением в цифровой книге удобнее, чем в бумажной, - в любой момент мы можем вызвать его на экран, выбрать нужный пункт и сразу же на него переместиться. Закладки также потенциально могут быть более удобными, чем в «классическом» представлении литературных произведений. Просто потому, что там закладки являются внешним по отношению к самой книге объектами, поэтому не всегда есть под рукой, да и могут ненароком с нужного места выпасть. Ну а уж об именованных закладках, над которыми приходится хорошо потрудиться, и говорить нечего. Для последовательного «обычного» чтения нет необходимости вообще заботиться о закладках - страница, на которой мы закончили чтение и вышли в главное меню или отключили устройство, запоминается автоматически, так что продолжить чтение с того же места в следующий раз элементарно.

Автономность электронных устройств существенно зависит от режимов их работы. Особенно это заметно в случае электронных книжек - экран на базе электронных чернил потребляет энергию только при изменении изображения. Следовательно, даже если применять устройство только для чтения текстов, все очень сильно зависит от скорости чтения и выбранного шрифта. Читаем быстро и выбираем крупные буквы - перелистывать приходится чаще. Читаем медленно и мелкий шрифт - потребление не сильно отличается от «режима сна». Поэтому производители чаще всего указывают время работы в количестве перелистанных страниц. Для большинства электронных книг данный параметр составляет от 5 000 до 10 000 страниц. На короткий рассказ достаточно 20-30 страниц, большой роман займет 500-1 000 страниц, т. е. в режиме непрерывного чтения можно прочесть десяток немаленьких книг. На самом деле время работы будет заметно меньше - навигация «сажает» батарейку быстрее чтения (много обновлений экрана), форматирование книг самим устройством (а не программой на компьютере) может занять минуту, а то и несколько (при максимальной загрузке процессора), открытие массивных картиночных РОЕ-файлов также не позволяет схемам устройства работать в щадящем режиме. При типовом регулярном использовании можно ориентироваться примерно на неделю работы для активного читателя или пару недель, если читать редко и с большими паузами.

Это вполне нормальное время - на практике достаточное. Все ухудшается, если читать под музыку, - тут уже речь может идти о часах.

Книжки поддерживает тот или иной стандартный протокол обмена с ПК, чаще всего протокол UMS {Universal Mass Storage). Данный стандарт был разработан специально для «флешек», картридеров, мобильных HDD-накопителей, портативных плееров. Устройства с данным протоколом описываются как «работающие как флешка», так что достаточно лишь воткнуть в соответствующий разъем интерфейсный кабель и в ПК появляется новое дисковое устройство. После этого можно сразу же копировать файлы с книжками при помощи стандартного «проводника» Windows или любого другого файлового менеджера.

Большинство книжек умеет заряжаться как от специального блока питания, так и от USB-разъема. От последнего при включенном компьютере время зарядки составляет 3-4 ч. Использование при зарядке блока питания примерно втрое-вчетверо сокращает время зарядки, кроме этого, при зарядке от блока питания книжкой можно продолжать полноценно пользоваться.

В комплект поставки обычно входят чехол, CD с программным обеспечением, краткая инструкция по эксплуатации и USB-кабель.

Отличаются разные модели книжек и материалом корпуса. Это может быть или алюминий, или пластик. Что хорошо, а что плохо -вопрос неоднозначный. С одной стороны, разумеется, металлический корпус прочнее, с другой - прочный корпус еще не означает, что прочнее устройство в целом. При падении на пол, например, пластик будет разрушаться сам, защищая содержимое, а алюминий передаст все перегрузки на внутренние электронный схемы. Опыт использования мобильных телефонов в корпусах из разных материалов показывает, что пластмассовые живут дольше - часто бывает, что на корпусе уже куча трещин или даже отколотые углы, заботливо заклеенные скотчем, но аппарат работает. А вот металлический корпус иногда без вмятин и царапин, зато устройство не работает после первого же падения. Так что считать металлический корпус однозначным плюсом с точки зрения надежности не стоит, но выглядит он внешне куда приятнее пластмассы. Алюминий - металл легкий по сравнению с другими металлами, но не с пластмассой (впрочем разница массы не критичная).

В качестве примера в табл. 5.2 приведены технические характеристики электронной книги Sony PRS-505.

Технические характеристики электронной книги Sony PRS-505

Размеры

122 х 175 х 8 мм

Масса

250 г

Дисплей

6-дюймовый E-Ink 600 х 800, 8 градаций серого

Встроенная память

256 Мбайт

Расширение памяти

Слоты Memory Stick Duo и SDHC до 40 Гбайт

Интерфейс

USB 2.0

Форматы текста

LRF, PDF, TXT, RTF, EPUB

Аудиоформаты

MP3, AAC

Графические форматы

JPEG, BMP, GIF, PNG

Емкость аккумулятора

7 500 перелистываний

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >