1.4. Технология с использованием электросмачивания компании Philips
Капля, управляемая с помошью эффекта электросмачивания, - это не только «жидкая линза», но и своего рода «переключатель», сочетающий миниатюрность и простоту устройства с высокой скоростью и эффективностью. Он может найти множество самых неожиданных применений – например, для нового вида дисплеев. В общем случае принцип электросмачивания иллюстрируют следующие фотографии (рис.3).
Рис. 3. Принцип электросмачивания
Благодаря силам поверхностного натяжения, на водоотталкивающей поверхности капля жидкости принимает форму, близкую к шарообразной (a). Если к электроду внутри капли и к электроду под водоотталкивающим изолятором приложить разность потенциалов, смачиваемость поверхности резко усилится, и капля растечётся (b). После снятия напряжения капля опять соберётся в шарик (a). Коэффициент смачивания поверхности не меняется, электрическое поле заставляет каплю исправить возникший в новом энергетическом состоянии дисбаланс — растечься под воздействием электростатики и одновременно подчиниться законам химии граничных сред. После снятия поля водоотталкивающая поверхность вернёт каплю в первоначальное округлое состояние.
Разработанные на основе технологии электросмачивания рефлективные дисплеи Liquavista построены немного иначе. Оптический элемент EW-дисплея состоит из прозрачного электрода, гидрофобного изолятора, слоя окрашенного масла и заполнен водой. В составе дисплея оптический элемент закрыт с лицевой стороны стеклом, с нижней стороны — полимерной подложкой (рис.4).
Рис. 4. Конструкция и принцип рефлективного дисплея Liquavista в закрытом состоянии: Слева направо- water – вода; pixel wall – граница пиксела; white substrate – белая подложка; hydrophobic insulator – гиброфобное основание; transparent electrode– электрод; coloured oil – окрашенное масло
В таком состоянии баланс системы заключается в том, что вода отталкивается от гидрофобной поверхности изолятора, и масло равномерно растекается цветной плёнкой по всей поверхности пикселя от одной стенки до другой. Примерные размеры пикселя: ширина — 200 мкм, высота — 25 мкм, как у обычных ЖК-дисплеев. Силы поверхностного натяжения в ячейке пикселя намного превышают силу гравитации, что позволяет масляной плёнке оставаться стабильной при любой ориентации экрана. А достаточно большой зазор — 25 мкм — делает ячейку невосприимчивой к прогибам, что одновременно решает проблему выпуска гибких EW-дисплев.
Когда к гидрофобному изолятору прикладывается разность потенциалов, силы электростатики заставляют воду преодолевать силы поверхностного натяжения окрашенного масла, и она сдвигает масло в сторону, открывая взору рефлективную подложку под масляной плёнкой:
Рис. 5. Конструкция и принцип рефлективного дисплея Liquavista в открытом состоянии: water – вода; pixel wall – граница пиксела; white substrate – белая подложка; hydrophobic insulator – гиброфобное основание; tansparent electrode – электрод; coloured oil– окрашенное масло
Для глаз цвет пикселя будет меняться от насыщенного цветного в состоянии «выключено» до прозрачного (белого) в состоянии «включено». И в обратном порядке, когда напряжение уменьшается. Уровень серого задаётся величиной управляющего напряжения и зависит от неё практически линейно.
Для унификации ячеек в левом нижнем углу каждого пикселя предусмотрена специальная мёртвая зона для управляемого «загона» в неё окрашенного масла — второй электрод. Из такой конструктивной особенности пикселя следует, что эффективная площадь отражения сокращается до 80 %, а рефлективность — до 70 %.Однако, равномерность чередования мёртвых зон и малые размеры пикселя делают эту особенность EW-экранов незаметной для глаз.
Поскольку EW-экран по своей сути — это переключаемая цветная ячейка, возможно несколько типов экранов с эффектом электросмачивания. В простейшем случае — это однослойный экран, наподобие ЖК-экранов, с обычными цветными RGB-фильтрами (рис.6).
Рис. 6. Конструкция однослойного дисплея.
Каждый субпиксель триады управляется своим пикселем с маслом чёрного цвета. Во включенном состоянии масло открывает зеркальную подложку или даёт выход свету от источника тыловой подсветки.
Другая архитектура EW-дисплея предполагает размещение трёх раздельно управляемых монохромных слоёв друг над другом, как в случае цветных ChLCD (электронная книга Fujitsu FLEPia). Только в отличие от задействованной в цветных ChLCD аддитивной схемы синтеза цвета, трёхслойные EW-дисплеи опираются на принятую в типографском процессе субтрактивную модель. Вместо RGB-фильтров используются жёлтый, пурпурный и голубой (CMY) (рис.7).
Рис. 7. Конструкция трехслойного дисплея.
По сравнению с однослойной структурой, трёхслойные EWD выигрывают по двум пунктам. Во-первых, площадь пикселя используется полностью, а не делится между триадами. Во-вторых, трёхслойному экрану не нужны накладные цветные фильтры. Оба фактора повышают общую яркость экрана и упрощают процесс его производства.
EWD экономичны по энергопотреблению даже в сравнении с экранами с памятью, хотя технология электросмачивания не подразумевает бистабильности. Тем не менее, современные прототипы экранов Liquavista демонстрируют очень низкое качество изображения, и пройдёт ещё много времени, пока они будут доведены до уровня, хотя бы, E Ink. Что касается отображения цвета, куда совершеннее сегодня выглядят экраны Mirasol.