От ценников до смартфонов и цветных ридеров: как развивается технология электронных чернил

Рассказ о принципе работы таких чернил, изобретателях и сферах применения.

Электронные чернила — цифровая технология, которая имитирует печать на настоящей бумаге. Они требуют намного меньше энергии, чем ЖК- и OLED-экраны, и позволяют читать текст даже при прямых солнечных лучах.

Несмотря на преимущества электронных чернил, в 2010 году заговорили о закате технологии. Но к 2020 году разработчики показали несколько новых устройств, среди них часы и даже смартфоны. Ожидать, что скоро электронные чернила будут использоваться везде, ещё рано.

Разработка первой электронной бумаги началась в исследовательском центре Xerox PARC (Palo Alto Research Centre) в 1970-х. Персональным компьютерам, которыми пользовались работники Xerox, недоставало яркости и контрастности. Из-за этого на них было трудно работать в ярко освещённых помещениях. Сотрудникам центра приходилось гасить свет и задёргивать шторы.

Тогда Xerox PARC поручила нескольким учёным разработать экран, который позволял бы работать при свете. Среди них был Николас Шеридон, будущий изобретатель электронной бумаги Gyricon.

Gyricon переводится с греческого как «вращающееся изображение». В 1974 году Шеридон создал дисплей из тонкого пластика, заполненный маслом и сферами из полиэтилена.

Сферы были чёрно-белые: тёмная половина с положительным зарядом, а светлая с отрицательным. Благодаря электрическому импульсу сферы вращались, поворачиваясь наружу то чёрной, то белой стороной, и на дисплее появлялся тёмный текст на светлом фоне.

Шеридон работал над Gyricon вместе с коллегами. В 90-х он начал подавать заявки на патенты в Европе. Тогда же он встретился с главой исследовательского отдела Xerox. Из разговора с ним Шеридон понял, что Xerox не будет развивать проект, так как центр не занимается разработкой дисплеев.

Технологией, которая имитировала бы печать на бумаге, занимался ещё один ученый — Джозеф Якобсон, профессор Массачусетского технологического института, MIT. Он нанял двух студентов, Джея-Ди Альберта и Барретта Комиски, чтобы создать электронную книгу.

Разработка Якобсона напоминала Gyricon, но была другой. Команда учёного заменила двухцветные сферы Шеридона на капсулы, заполненные маслом. В них «плавали» частицы пигмента: белые были заряжены положительно, чёрные — отрицательно.

Технология позволяла выводить на экран более чёткое и контрастное изображение, чем Gyricon.

В 1997 году MIT помог Якобсону выделить его разработки в отдельный проект и открыть компанию E Ink. В мае 1999 года E Ink представила первый продукт — стенд Immedia. Изображение на стенде можно было дистанционно менять с помощью двустороннего пейджера.

E Ink стала первой компанией, которая показала коммерческий продукт с электронными чернилами, хотя Xerox PARC занималась разработкой более 20 лет.

Технологию использовала сеть американских супермаркетов J.C.Penney. Стенд 1,2 на 1,8 метра и толщиной 3 мм подвешивали под потолком, и он отображал свежую информацию о скидках и специальных предложениях. Цена Immedia варьировалась от $500 до $5000 в зависимости от размера устройства. E Ink поставила J.C. Penney 140 стендов и заработала $150 тысяч.

Компания создала стенд, информацию на котором можно было менять в любой момент, но сотрудники магазинов сказали, что им это не нужно и они меняют вывеску только раз в квартал. Кроме того, не хватало персонала, который бы занимался обновлением цен.

Одновременно Шеридон стремился довести Gyricon до такого уровня, чтобы электронная бумага заменила обычную в делопроизводстве, создать условия для «безбумажного офиса».

К 1998 году учёный достаточно хорошо проработал Gyricon, и новинку можно было продавать. Тогда Шеридон при поддержке Xerox PARC открыл Gyricon Media со штаб-квартирой в Пало-Альто.

Первым коммерческим продуктом Gyricon Media стала бумага SmartPaper, которую сети магазинов использовали для интерактивных ценников. Он представлял собой небольшую панель на алюминиевой подставке.

SmartPaper давала возможность быстро менять цифры на ценниках. Gyricon Media вложила $20 млн в создание SmartPaper и планировала с её помощью завоевать рынок.

В начале 2001 года E Ink и Philips Components объявили о планах вместе разрабатывать дисплеи с электронными чернилами для ридеров, КПК и других устройств. Структуры Philips согласились инвестировать в разработки E Ink $7,5 млн.

В мае 2003 года E Ink и Philips представили первый прототип дисплея с электронными чернилами на выставке Society for Information Display Exposition в США. Это был экран с разрешением около 60 пикселей на см² — намного больше, чем у предыдущих разработок.

В следующем году компании начали продавать представленный дисплей, первым клиентом стала Sony. В марте 2004 года она выпустила электронную книгу под названием Librie. Устройство продавалось только в Японии и стоило 40 тысяч йен — около $376 по курсу 2004 года

Ридер с шестидюймовым экраном питали четыре пальчиковых батарейки, которых хватало на чтение около 10 тысяч страниц. В памяти на 10 Мбайт умещалось 500 книг.

До сотрудничества с Sony у E Ink были финансовые трудности, возникшие на фоне лопнувшего пузыря доткомов. После сделки с Sony, по словам Уилкокса, инвесторы «вспомнили о компании и возобновили сотрудничество».

Ридеры Sony не стали популярными: к 2009 году продали всего 400 тысяч устройств. Отчасти это было связано с высокой ценой, отчасти с нехваткой книг и слабым маркетингом. В 2014 году компания прекратила производство электронных книг и ушла с этого рынка.

Amazon не была в числе первых производителей ридеров, но в итоге стала лидером. Компания выпустила первый Kindle в США в 2007 году, а на европейский рынок вышла в 2009-м. По данным Statista, в 2010 году в мире было продано 12,8 млн ридеров, Kindle занимала 62,8% рынка.

Первый шестидюймовый Amazon Kindle держал заряд до недели и хранил около 200 книг. Пользователи могли покупать и скачивать книги из магазина Amazon, также у них был доступ к электронному словарю и «Википедии». Первую партию ридеров по $399 раскупили за пять с половиной часов.

В 2008 году Flexible Display Centre, партнёр E Ink, совместно с HP создала первый прототип гибкого дисплея. Технологию SAIL (Self-Aligned Imprint Lithography), которая не даёт дисплею ломаться при сгибании, разработали в HP. FDC отвечала за применение электронных чернил.

В 2010 году HP вышла из проекта. Гибкие дисплеи оказались не очень прочными, ломались после нескольких сворачиваний. HP решила: выгоднее сосредоточиться на создании более лёгких и тонких дисплеев.

E Ink не оставила попыток создать гибкий экран. В 2013 году она представила E Ink Mobius — дисплей на основе технологии Sony Thin Film Transistor.

В апреле следующего года Sony выпустила первое устройство на базе Mobius. Это был ридер Digital Paper DPT-S1 диагональю 13,3 дюйма — примерно как лист А4. Стартовая цена устройства — $1100 — оказалась слишком высокой для рядового покупателя, поэтому Sony со временем снизила её до $800.

Проект закрылся в 2005 году. Николас Шеридон в своём интервью The Future of Things сказал, что это произошло по финансовым причинам. Он руководил научно-исследовательскими работами и после закрытия работал самостоятельно. Шеридон собирался создать «идеальную электронную бумагу».

Помимо Gyricon и E Ink, существовали другие компании, которые параллельно создавали свои электронные чернила. Одна из самых известных — Pixel Qi, основанная в 2008 году.

Экраны Pixel Qi потребляли меньше энергии, чем ЖК-экраны, уменьшали нагрузку на глаза и оставались «читабельными» даже при ярком освещении. Технология применялась не только в электронных книгах: на ней работали нетбук Sunbook и планшет Lattice. Компания ушла с рынка в 2015 году после нескольких неудач.

Bridgestone совместно с Vivitek разрабатывала экран Quick Response Liquid Powder Display. Электронные чернила Bridgestone отображали 4096 цветов. Компании представили технологию на CES в 2011 году, но уже в 2012-м проект закрыли.

Гибкие экраны на электронной бумаге создавала LG. Тонкий и лёгкий дисплей (толщиной 0,7 миллиметра и весом 13 граммов) был прочным и мог сгибаться на 40°. Wexler выпустила ридер на основе технологии LG — Flex One. Однако он не стал популярным. Большая часть крупных производителей уже сотрудничала с E Ink, поэтому LG тоже ушла с рынка.

Другие компании вроде Liquavista, Mirasol и Plastic Logic тоже разрабатывали электронные чернила в 2000-х. Но им не удалось достичь коммерческого успеха.

В 2009 году тайваньская Prime View International (PVI) купила E Ink за $215 млн. PVI и E Ink были давними партнёрами: E Ink разрабатывала дисплеи с электронными чернилами для Sony и Amazon, а PVI писала для них ПО и собирала экраны.

На деньги от сделки E Ink планировала финансировать разработку цветных чернил. Создание цветных электронных чернил стало одной из главных целей компании, поскольку технологию критиковали в основном за монохромность.

В ноябре 2010 E Ink представила дисплей Triton. Он делал изображение на ридере цветным. Первым устройством с таким экраном стала девятидюймовая читалка с разрешением 1200 на 1600 пикселей китайской компании Havon. Цена устройства на 2010 год составляла $440.

Сам пигмент в капсулах оставался чёрно-белым, но за счёт RGB-фильтра на дисплей выводилось цветное изображение. Triton отображал 16 оттенков серого и 4096 цветов, поддерживал простую анимацию.

Тем не менее к появлению цветных электронных чернил многие компании отнеслись скептически. По мнению Amazon, цветные изображения необходимы в кулинарных книгах и книгах для детей, а для них существует специальное приложение для устройств с LCD-экранами.

Кроме того, ридеры по-прежнему уступали планшетам и другим устройствам с ЖК-экранами. Цвета выглядели тусклыми. Частоты обновления экрана не хватало, чтобы смотреть видео. Сами ридеры оставались достаточно дорогими и с изобретением цветных электронных чернил только дорожали.

В 2013 году E Ink разработала цветные чернила Spectra. Цвет отображался не за счёт дисплея, а за счёт пигмента в капсулах. Помимо чёрного и белого, появился красный.

Несмотря на преимущества электронных чернил перед ЖК- и OLED-дисплеями, технология не вытеснила их. Некоторые издания связывали это с появлением первых планшетов Apple в 2010 году.

С планшетов можно было читать книги, слушать музыку, смотреть видео и выходить в интернет. Низкая частота обновления экрана, слабая контрастность, отсутствие цвета — минусы электронных чернил стали очевидными.

В конце 2005 года стартовал проект One Laptop per Child (OLPC), который хотел обеспечить ноутбуки для детей из развивающихся стран. Поэтому устройство должно было стоить не более $100, долго работать без подзарядки и иметь доступ в интернет.

ЖК-экраны были слишком дороги, поэтому в ноутбуки встроили технологию E Ink. Авторы проекта остановились на дисплеях, разработанных Мэри Лу Джепсен, основательницей Pilex Qi.

К концу 2007 года компания планировала поставки 150 млн ноутбуков, но на деле даже к 2009-му продали всего несколько сотен тысяч устройств.

Проекту не удалось создать ноутбук за $100. После продажи партий школам и правительствам по всему миру финальная цена OLPC составляла около $290. Проект столкнулся и с конкуренцией: на рынок вышли дешёвые ноутбуки для детей от Intel и Asus, а несколько лет спустя появился iPad, который начали закупать школы.

Как пишет Gizmodo, одной из ошибок OLPC называют саму концепцию проекта: развивающимся странам в первую очередь нужны медицинские услуги, вода и другие насущные товары. Издание назвало попытку «одним из лучших технологических провалов».

Ещё один пример — «умные» часы Pebble. Часы подключались к смартфону и выводили на экран информацию о входящих звонках и сообщениях. В 2012 году Pebble привлекла $10 млн на Kickstarter. Спустя три года компания стала лидером рынка: на неё приходилось 35% рынка носимых устройств.

Со временем интерес покупателей к часам стал падать, и в 2016 году Fitbit выкупила бизнес за $30–40 млн. После сделки Pebble объявила о закрытии. Издание Business Insider связывало неудачу с возросшей конкуренцией: в 2015 году «умные» часы выпустила Apple.

В 2013 году российская Yota Devices выпустила смартфон YotaPhone с двумя дисплеями: основным жидкокристаллическим и дополнительным на основе технологии E Ink.

Разрешение экрана на чернилах составляло 360 на 640 точек, на него можно было вывести сообщения из соцсетей, новости, электронные книги. YotaPhone стоил около 20 тысяч рублей. В первые три недели продали около 10 тысяч устройств.

За девять месяцев 2015 года создатель YotaPhone получил $30,7 млн убытков при $15,8 млн выручки. В июле 2018-го «Ростех» продал 25,1% в Yota Devices китайским инвесторам за 3 млрд рублей, и проект перешёл под их контроль. Спустя год суд признал банкротом головную структуру производителя смартфонов Yota Devices.

В 2015 году глава отдела международного маркетинга E Ink Джиованни Манчини рассказал о новых технологиях, над которыми работает компания. Среди них был дисплей Coin, куда можно «загрузить» банковские карты.

Пользователи критиковали проект: устройство, которое хранит информацию обо всех картах, страшно потерять. Кроме того, с него проще украсть данные.

К 2017 году на рынок вышли и закрылись сразу несколько проектов, работавших над картами с E Ink: Plastc и Stratos.

E Ink продолжает работать над технологией цветных электронных чернил, чтобы избавиться от её недостатков. В 2016 году компания объявила о начале разработки Advanced Color E-paper, которая позволит отображать 32 тысячи цветов, «снабжая» цветом каждый пиксель.

С помощью Advanced Color E-Paper производители ридеров планируют перенести в устройства комиксы и журналы. В конце 2019 года E Ink представила технологию на Wacom Connected Event в Японии.

В 2019 году польская фирма Mudita начала разрабатывать минималистичный смартфон на технологии электронных чернил — Mudita Pure. Слоган устройства — «Enjoy life. Offline» («Наслаждайся жизнью. Офлайн»).

Смартфон позволяет звонить и обмениваться сообщениями, в нём есть встроенный плеер и доступ в интернет, камеры и сенсорного экрана нет.

Компания собрала $262 тысячи на Kickstarter и более $300 тысяч на IndieGoGo. Спонсорам телефон планируют поставлять в апреле 2020 года.

На выставке CES 2020 китайская компания Hisense анонсировала первый в мире смартфон с использованием цветных электронных чернил E Ink. Главным недостатком, который мешал создавать такие смартфоны в прошлом, была низкая частота обновления экрана.

В Hisense утверждают, что решили проблему. Смартфон с памятью до 64 ГБ оснащён батареей, которая работает до 10 дней. Он стоит $299.

В январе 2020 года смартфон на технологии E Ink анонсировала Onyx. Это модель с 5,8-дюймовым экраном и Android 9 Pie. Смартфон поддерживает Wi-Fi, 4G, LTE. Bluetooth. Цену и дату начала продаж в компании не раскрыли.

Waveshare представила чёрно-белый монитор EINK-DISP-103 в январе 2020 года. Размер монитора — 10,3 дюйма, разрешение — 1872 на 1404 пикселей.

Waveshare подчёркивает, что из-за низкой скорости обновления монитор подходит только для работы или учёбы: редактирования текстов, написания кода, загрузки веб-страниц. Для развлечений компания рекомендует купить обычный ЖК-монитор.

Интерес к ридерам достиг пика в 2012 году, а потом медленно пошёл на спад. В 2019 году мировой объём продаж читалок составлял около $460 млн, и аналитики предполагают, что он упадёт до $200 млн к 2024 году. Тем не менее пользоваться ридерами пока не перестали.

Считается, что электронные чернила не смогут вытеснить с рынка ЖК- и OLED-экраны в ближайшем будущем из-за ограничений технологии. Но она привлекательна для ритейла, развлечений, медиа и транспорта. Мировой рынок дисплеев на электронных чернилах предположительно вырастет до $5 млрд к 2023 году. Для сравнения: в 2017 году объём рынка составлял $265,5 млн.

#электронныечернила #технологии #ридеры