Rozwiązania USEC i USEM – kolejny krok w popularyzacji technologii e-papieru

Historia wyświetlaczy e-papierowych sięga lat siedemdziesiątych XX w. – wówczas powstaje pierwszy wariant elektronicznego papieru, czyli gyricon, którego twórcą był Nick Sheridon. Rozwiązania USEC i USEM od Unisystemu bazują jednak na innej technologii e-papieru opracowanej przez Josepha Jacobsona, założyciela firmy E Ink. Ich funkcjonowanie opiera się na zjawisku elektroforezy, czyli ruchu cząstek fazy rozproszonej w nieruchomej fazie rozpraszającej odbywającego się pod wpływem pola elektrycznego. Te rozwiązania zbudowane są z komórek wypełnionych mieszaniną oleju i wody, w których zawieszone są cząsteczki z pigmentem o ładunku dodatnim i ujemnym. Dostarczane napięcie ukierunkowuje cząsteczki z pigmentem – przemieszczają się one w górę lub w dół komórki, tworząc pożądany obraz.

Technologia e-papieru jest stale rozwijana. Już od jakiegoś czasu rośnie zainteresowanie rozwiązaniami barwnymi. W 2016 r. firma E Ink po raz pierwszy zaprezentowała najnowszą technologię kolorowych wyświetlaczy, czyli Advanced Color ePaper (ACeP). Obecnie trwają prace nad kolejnym wariantem tego rozwiązania, tj. 28-calowym E Ink Gallery.

Zalety i wady wyświetlaczy e-papierowych

Kluczowym czynnikiem decydującym o wyborze technologii wyświetlania jest jakość prezentowanych treści w środowisku, do którego przeznaczone jest dane urządzenie – warto więc dokładnie przeanalizować czynniki, które mogą wpływać na pracę modułu (nie tylko temperaturę czy wilgotność, lecz również np. jasność, czyli ilość docierającej energii świetlnej). Roboczo można przyjąć, że wyświetlacze e-papierowe sprawdzą się tam, gdzie korzysta się z papieru, gdyż oba te nośniki łączą wspólne cechy. Wyobraźmy sobie, że mamy do czynienia, np. z gazetą. Możemy ją przeglądać zarówno w wersji tradycyjnej – papierowej, jak i elektronicznej na standardowym czytniku. W obu przypadkach treści zamieszczone na jej łamach będą doskonale czytelne, bez względu na kierunek patrzenia. Jedynym warunkiem jest zapewnienie odpowiednego oświetlenia, tj. dostępu do źródła światła (co więcej, może być to również promieniowanie słoneczne). Warto nadmienić, że w wyświetlaczach e-papierowych nie stosuje się podświetlenia – napięcie potrzebne jest tylko w momencie zmiany obrazów, a wygenerowane treści utrzymywane są bez poboru prądu – jest to więc technologia energooszczędna.

 

Rys. 1. 13,3-calowy trójkolorowy  wyświetlacz e-papierowy z kontrolerem

Zniechęcać do implementacji może proces odświeżania treści, który nie zawsze jest estetyczny – pigmenty nakładane są warstwowo, co sprawia, że w np. rozwiązaniach trójkolorowych finalny obraz uzyskuje się dopiero po kilku sekundach. Z procesem odświeżania treści związany jest jeszcze tzw. ghosting, czyli występowanie reliktów poprzednio prezentowanych obrazów, ujawniających się w efekcie niedoskonałego przemieszczania się cząsteczek z pigmentem. To zjawisko można zaobserwować przy intensywnym użytkowaniu, tj. szybkich i częstych zmianach treści.

Problematyczny może być również montaż w urządzeniach końcowych – w wyświetlaczach e-papierowych stosuje się szklane podłoża, które przez swą kruchość są podatne na uszkodzenia mechaniczne. Doświadczamy tego zwłaszcza w przypadku aplikacji, w których wykorzystuje się modele o przekątnych przekraczających 10 cali, a których grubość zwykle osiąga co najwyżej 1 mm, to np. 13-calowy model ED133UT2, dla którego ten atrybut wynosi 0,78 mm. To dość nietypowa sytuacja, w której grubość jednocześnie jest zaletą i wadą.

Ponadto parametrem, który może skutecznie uniemożliwiać zastosowanie omawianej technologii, jest ograniczony zakres temperatur pracy, który zwykle mieści się w przedziale od 0 do 50°C.

Moduły USEC i USEM

USEC to seria wyświetlaczy e-papierowych zawierających w zestawie kontroler. Opracowaliśmy trzy wersje kontrolerów: 1) dla czarno-białych wyświetlaczy o przekątnych 7,8-, 9,7- i 11,3-cala; 2) dla 13,3-calowych wyświetlaczy w wersji czarno-białej, a także z jednym dodatkowym kolorem, tj. czerwonym, 3) dla czarno-białych i kolorowych wyświetlaczy o przekątnej 31,2-cala. W każdym wariancie komunikacja odbywa się z wykorzystaniem interfejsu USB i opcjonalnie SPI. Wszystkie kontrolery pracują w kilku trybach, które umożliwiają płynne odświeżanie zarówno całych, jak i fragmentów obrazów, jednocześnie niwelując ghosting. Wśród nich m.in. tryb Animation, który pozwala na odtwarzanie prostych czarno-białych animacji (na unisystemowym kanale YouTube można obejrzeć filmik, na którym uwieczniono przygodę Kota Simona prezentowaną na jednym z produktów od E Ink). Czas reakcji matrycy w tym trybie to ok. 120 ms w temperaturze 25°C.

 

Rys. 2. 31,2-calowy wyświetlacz e-papierowy w obudowie open frame

USEM to seria 13,3- i 31,2-calowych wyświetlaczy e-papierowych zintegrowanych z kontrolerami i umieszczonych w metalowych obudowach open frame. Powstały z myślą o ułatwieniu implementacji modułów elektronicznego papieru w urządzeniach końcowych. Co więcej, w tych rozwiązaniach na powierzchnię wyświetlacza nakładane są również dwie tafle szkła o łącznej grubości 4 mm, pomiędzy którymi znajduje się warstwa laminatu z filtrem UV. W ten sposób moduł jest chroniony przed uszkodzeniami, a matryca przed blaknięciem. Te komponenty spajane są ze sobą z wykorzystaniem klejenia optycznego (optical bonding), które poprzez usuwanie powietrza spomiędzy warstw modułu ogranicza m.in. możliwość występowania zamgleń powstających w efekcie wnikania wilgoci i kurzu w szczeliny urządzenia.

Pozostaje jeszcze problem wspomnianego ograniczonego zakresu temperatur pracy, którym zajmujemy się. Obecnie testujemy rozwiązania wyposażone w grzałki. Wyniki są obiecujące.

Zastosowanie wyświetlaczy e-papierowych

Wyświetlacze e-papierowe powszechnie kojarzone są z czytnikami – to właśnie w nich są najczęściej wykorzystywane, również w wersjach kolorowych (tu znajduje zastosowanie jeden z barwnych produktów od E Inka, tj. Kaleido).

Wciąż jednak wydłuża się lista aplikacji, w których korzysta się z e-papieru. Coraz częściej znajduje on zastosowanie m.in. w systemach digital signage, doskonale sprawdzając się np. w transporcie jako rozkłady jazdy (z takimi rozwiązaniami można zetknąć się podróżując po Polsce). Kolejnym obszarem jest handel, w którym może występować nie tylko w formie etykiet z cenami, lecz również nośników reklam. Ponadto, wykorzystywany jest w kioskach lub totemach np. punktach informacyjnych.

Liczymy, że przejęcie przez nas odpowiedzialności za projektowanie i produkcję rozwiązań USEC i USEM przyczyni się do dalszej popularyzacji technologii e-papieru. Sprzyjać temu mogą również propagowane w społeczeństwie idee związane z ekologią – energooszczędny elektroniczny papier może być rzeczywistą alternatywą dla np. rozwiązań LCD.

Paweł Dominik, RnD Manager
Jacek Marcinkowski, Project Manager

Unisystem
tel. 58 761 54 20
www.unisystem.pl