Несмотря на поразительные успехи современной техники в создании электронных средств отображения текста и графики (дисплеев), бумага по-прежнему остается важнейшим и незаменимым носителем информации. Это объясняется ее дешевизной, долговечностью, гибкостью, а также совместимостью с разными инструментами письма (ручки, карандаши, принтеры и т.д.).
До сих пор все попытки создать электронный аналог пары "бумага + чернила" на основе электрофореза мелких частиц или на жидких кристаллах не приводили к удовлетворительному результату: либо изображение недолговечно без внешнего питания, либо системы получались громоздкими, дорогостоящими и малоконтрастными.
Недавно группа американских исследователей (B. Comiskey, J.D.Albert, H.Yoshizawa, J.Jacobson; Массачусетсский технологический институт, Кембридж, США) предложила новый подход к созданию "электронных чернил". Суспензией из черных и белых микрочастиц размером 1 - 5 мкм заполняют объем сферической микрокапсулы диаметром 40 мкм. Каждая белая микрочастица - застывшая капля взвеси диоксида титана в расплавленном полиэтилене. Черные частицы получались подобным методом, но с добавлением черного красителя. Оба сорта частиц взвешены в неэлектропроводной смеси органических жидкостей с плотностью, равной плотности частиц 1.5 г/см3, и вязкостью 800 мкП, что примерно соответствует вязкости воды при температуре 30oС. Образование на границах раздела жидкость - твердая частица двойного электрического слоя заставляет эти частицы двигаться в приложенном внешнем поле (электрофорез). В силу различия в электрохимических свойствах поверхностей белых и черных частиц (из-за электропроводности черного красителя) движение последних в электрическом поле происходит в противоположных направлениях: белые частицы смещаются к аноду, черные - к катоду. Таким образом, включение внешнего электрического поля приводит к быстрому окрашиванию одного полушария капсулы в белый цвет, а другого - в черный. (Для предотвращения коагуляции частиц с "присоединенными" зарядами противоположного знака они покрывались специальным полимером, который обеспечивал сильное отталкивание частиц при их сближении друг с другом.)
Для создания носителя изображения пленка, состоящая из капсул, напыляется на поверхность тонкого прозрачного полимерного листа, предварительно покрытого прозрачным проводящим слоем на основе оксидов индия и олова. С тыльной стороны на пленке формируют систему электродов для избирательной подачи напряжения к требуемым участкам поверхности. Полярность напряжения определяет цвет "бумаги" непосредственно над электродом, что позволяет создавать на ней черно-белый рисунок или текст. Такая система уже способна обеспечить разрешение 600 точек на дюйм (типичное разрешение современных струйных принтеров), а за счет усовершенствования переднего (прозрачного) электрода эта характеристика может быть примерно вдвое улучшена.
После выключения управляющего поля изображение может храниться по крайней мере несколько месяцев без заметной деградации. Поместив "бумагу" с записью в однородное электрическое поле, рисунок можно стереть, а затем нанести новый, причем число таких циклов может достигать 107.
Уже в ближайшем будущем новые "бумага" и "чернила" смогут найти применение в уличных информационных системах (дорожные знаки, рекламные щиты и т.п.). В дальнейшем возможно создание телевизионных экранов и даже электронных книг - обычных по виду, но с содержанием той реальной книги, которую читатель желает прочитать. Такая замена содержания, как предполагают разработчики, будет производиться чисто электронным способом.
Другой подход даёт технология, разрабатываемая в Университете Рочестер. Она основана на полимерном холестерическом жидком кристалле (pCLC), известная также как "flakes", слои кристаллов, которые рассредоточены в жидкой вяжущей среде. Эти кристаллы во многих отношениях походят на металлические частицы и "блестят", что позволяет их использовать в качестве пигментов-затемнителей для автомобильных стекол и в декоративных приложениях, причем в цветах, охватывающих весь видимый спектр ближнего инфракрасного диапазона. Чтобы изменять цвета или полностью гасить их, требуется вращать pCLC кристаллы в электрическом поле. Это вращение или "переключение", - основной принцип использования pCLC кристаллов как активных элементов вывода изображения на экран и в других приложениях.
Имеются бесконечные возможности для поверхностей, которые покрыты слоями "переключаемых" pCLC кристаллов, чтобы воспроизвести непрерывно изменяющиеся изображения на мониторе или на бумаге. Некоторые идеи уходят в сферу вооружений, чтобы использовать pCLC-технологию в качестве камуфляжа для боевой техники и транспортных средств, которая меняет свою окраску в соответствии с местностью по команде водителя из кабины.
Технология тонкого слоя имеет некоторые уникальные преимущества по сравнению с другими технологиями производства дисплеев. Например, pCLC кристаллы стойки к колебаниям температуры, что позволяет использовать их более широко в суровых климатических условиях, чем обычные ЖКД. Поскольку требуется очень малое изменение внутреннего положения молекул тонкого слоя кристаллов, чтобы произвести большой эффект изменения цвета, время ответной реакции на сигнал у pCLC-покрытия может быть более меньшим, по сравнению со стандартными ЖКД.
Несколько различных электронно-бумажных технологий находятся в настоящее время в разных лабораториях Мира в стадии разработки, и некоторые из них уже близки к коммерциализации. Многие ЖКД могут предлагать пользователю широкую шкалу выбора яркости экрана, но все имеют трудности с качественным предоставлением широкой гаммы цветовых оттенков. В этом отношении технология тонкого слоя pCLC имеет по сравнению с ними значительное преимущество.
Однако очень скоро ожидать появления на рынке технологии pCLC не стоит. Имеется еще множество проблем, которые должны быть решены. Ученые пока не могут контролировать движение тонкого слоя кристаллов, а, следовательно, управлять передачей тех или иных цветов и оттенков непрерывно, как в телевидении.