Мы привыкли видеть в большинстве любительских проектов экраны на жидких кристаллах (LCD), а органические дисплеи OLED только-только начинают их теснить. Но есть ещё один любопытный тип дисплеев: электронная бумага e-Paper, которая встречается в основном на «читалках». Сегодня вполне реально использовать экраны E-Ink в своих самодельных устройствах на Arduino и Rapspberry Pi. Разбираемся, какие они бывают и в чём отличия между модулями.
Что такое E-Ink
Чтобы лучше понять суть электронной бумаги, нужно сперва ознакомиться с общим принципом работы электрофоретических дисплеев, к которым она относится. В таких устройствах пиксели имеют два устойчивых состяния, а переключение между ними происходит под действием электромагнитного поля.
В случае с электронной бумагой каждый пиксель — это микрокапсула с жидкостью и твёрдыми пигментными частицами (электронными чернилами), обладающими собственным зарядом. Благодаря этому частицы реагируют на электромагнитное поле и перемещаются в капсуле в зависимости от положительного или отрицательного заряда. Таким образом можно блокировать или отражать падающий свет и получать на экране монохромное изображение.
В этом и заключается одно из главных отличий дисплеев на электронных чернилах E-Ink от жидких кристаллов LCD: экран из электронной бумаги не требует постоянной подсветки, а изображение формируется лишь отражённым светом. При этом не происходит лишних преобразований светого потока, в то время как ЖК-дисплею нужна постоянная подсветка, которая проходит через два поляризатора и теряет интенсивность.
Кроме того, энергия расходуется только на переключение состояний электронных чернил, а чтобы поддерживать текущее изображение, дисплею E-Ink совсем не нужна энергия. Неудивительно, что эта технология завоевала себе нишу там, где нужно подолгу выводить статическое изображение под внешним светом — например, в электронных книгах.
Преимущества и недостатки
Как видно, технология электронной бумаги e-Paper обладает некоторыми выигрышными свойствами, но в то же время, у неё есть ряд недостатков, продиктованных технологическими ограничениями.
Плюсы
- Сверхнизкое энергопотребление.
- Дополнительная подсветка не нужна.
- Хорошая читаемость изображения под прямым светом.
- Свободные углы обзора.
Минусы
- Ограниченная цветовая гамма, чаще всего — монохромная.
- Ограниченное количество оттенков серого (от 2 до 16 градаций).
- Относительно долгое время переключения пикселей (450 мс и выше).
Монохромные и цветные
Исходя из предыдущих пунктов, может показаться, что экраны E-Ink бывают только чёрно-белыми. На деле же электронные чернила бывают с разными пигментами: например, красного или жёлтого цвета. С их помощью получаются трёхцветные дисплеи, которые привносят дополнительные краски к привычному изображению.
Существуют также полноцветные экраны E-Ink, но они использовались только в дорогих электронных книгах и не получили широкого распространения, хотя работы в этом направлении по-прежнему ведутся.
Частичное обновление экрана
Типичный дисплей из электронной бумаги обновляется полностью, даже если меняется лишь часть изображения. В этом нет ничего страшного, поскольку расход энергии всё равно остаётся небольшим.
Но в некоторых моделях экранов E-Ink поддерживается функция частичного обновления: вместо того, чтобы «сбрасывать» весь экран, они обновляют только те участки изображения, которые изменились относительно предыдущего состояния. Это позволяет снизить энергопотребление до самого минимума и избавиться от мерцания изображения на той части экрана, где оно остаётся без изменений. Например, если вы выводите показания множества датчиков, а значение изменилось только у одного.
Какие бывают модули E-Ink
Если вы выбираете экран из электронной бумаги для создания собственных устройств, то вам попадётся несколько форм-факторов.
Голый экран представляет собой панель E-Ink без какого-либо обвеса, которая поставляется на стеклянной или гибкой пластиковой подложке. Такой элемент удобно встравивать в корпус устройства или клеить на поверхность, но с подключением придётся немного повозиться.
Дисплейный модуль — это законченное устройство, в котором уже есть экранная панель и необходимая обвязка на плате: драйвер, преобразователи питания и т. п. Если вы не хотите, чтобы экранный модуль свободно болтался на кабелях, его можно закрепить на 4 винта.
Если отталкиваться от модельного ряда компании Waveshare, то в нём представлены дисплеи E-ink с диагональю от 1,54 до 10,3 дюймов. Смотрите и выбирайте экраны и дисплейные модули E-Ink в нашем каталоге.
Варианты подключения E-Ink
Экраны E-Ink отличаются не только форм-фактором, но и способом подключения к управляющей платформе — будь то Arduino, Raspberry Pi или другие платы. Конечно, можно заморочиться и распаять два десятка контактов на FPC-коннекторе, но мы предпочитаем более изящные решения!
Экраны удобнее всего подключать через соответствующие шилды: для Arduino используйте e-Paper Shield, а для Raspberry Pi подойдёт e-Paper Driver HAT. Вам потребуется только подключить шлейф экрана к плате расширения, а затем надеть её на платформу, как стандартный Shield. Вуаля, никаких заморочек с питанием и согласованием сигналов.
Дисплейные модули подключаются 8-контактным кабелем, который заботливо приложен в комплекте, к любой управляющей платформе с интерфейсом SPI. Это позволяет свободно использовать один и тот же экранный модуль в проектах на разных контроллерах.
Экран в виде Shield’а — фактически, это тот же дисплейный модуль, только заточенный для отдельных платформ. Например, экранные модули E-Ink для Raspberry Pi подключаются напрямую через GPIO-разъём, а заодно решают проблему монтажа.
В заключение
Если вы уже вдоволь наигрались с ЖК-дисплеями и хотите сделать устройство с максимальной автономностью — обратите внимание на экраны E-Ink. Электронная бумага поможет наглядно отобразить информацию и держать её без расхода энергии, пока драгоценный заряд аккумулятора тратится на что-то более полезное.