1.5. Технология компании Qualcomm (Mirasol)
Впервые устройство на экране mirasol было представлено в мае 2008 года (MP3-плеер Freestyle). В отличие от бистабильных экранов E Ink, неспособных обновляться со скоростью видео и фактически не имеющих пригодной для широкого использования цветной версии, бистабильные экраны Mirasol были цветными, хорошо читались при любом внешнем освещении и легко обновлялись со скоростью, в 1000 раз превышающую скорость работы ЖК-панелей. По легенде, открытие технологии IMOD (Interferometric Modulator) обязано крыльям бабочки. Речь идёт об оптической, а не пигментной окраске. Проходя через прозрачные чешуйки на крыльях, лучи света отражаются как от внешней, так и от внутренней поверхности чешуек. Оба отражения накладываются и усиливают (или ослабляют) друг друга. Заявленные оптические характеристики экранов mirasol выглядят очень привлекательно. Непревзойдённая пока отражательная способность на уровне 50 % (у E Ink 40 %), контрастность — 8:1, тогда как заявленная на сайте E Ink контрастность экранов последнего поколения равна 7:1 (в устройствах встречается 9:1 и 10:1). Для сравнения, бумага имеет отражательную способность 60 % при контрасте 4:1. Скорости обновления и сравнивать стыдно: 0,7 секунды у E Ink с 16 градациями серого и 10 мкс у экранов mirasol — на пять порядков быстрее. Наконец, при всём прочем экраны mirasol цветные.
Каждая ячейка IMOD-экрана — это отдельно изготовленная микроэлектромеханическая система (MEMS) с зазором строго определённой высоты. Её верхняя часть — это прозрачная плёнка, а нижняя — подвижная металлическая зеркальная мембрана. Для каждого базового «цвета» зазор соответствует своей длине волны: 780 нм для красного, 550 нм для зелёного и 380 нм для синего. Поскольку площадь ячейки очень мала, для достижения большей яркости отражённого света каждый «цветной» субпиксель представляет собой набор из нескольких однотипных ячеек. Например, из 14 для каждого субпикселя, как показано на схеме строения одного пикселя (рис.7).
Рис. 8. Строение пикселя в IMOD-визуализаторе
Ячеистая структура субпикселя также даёт возможность увеличить число градаций цвета, ибо каждая ячейка по своей природе не может иметь промежуточных состояний, а только два — включено и выключено. Для формирования цвета дисплею mirasol не нужны накладные цветные фильтры. Глубина каждой ячейки выбрана такой, что отражённый от зеркальной мембраны на её дне свет усиливает строго одну составляющую (определённой длины волны) в потоке света, отражённого от верхней прозрачной стороны ячейки. Наблюдается эффект «конструктивной» интерференции (усиление волнового движения, когда интерферирующие волны находятся в фазе).
Элементарная ячейка экрана mirasol состоит из верхней прозрачной плёнки и подвижной металлической зеркальной мембраны. По умолчанию мембрана опущена. В таком положении она находится в состоянии «включено» — заданный размерами ячейки цвет отражается в полном объёме, питание не требуется. Подав на ячейку короткий импульс, мы заставляем мембрану притянуться к верхней плёнке. Зазор сокращается настолько, что интерференция усиливает лишь ультрафиолетовое излучение, а видимый диапазон гасится — мы видим чёрную точку. После снятия с ячейки напряжения вступившие в дело электростатические силы продолжают удерживать мембрану в новом положении — «выключено». Для возврата зеркала в исходное состояние требуется подать импульс с отрицательным фронтом, тогда мембрана отлипает и опускается на дно ячейки, снова показывая цветную точку.
Принцип запоминания картинки в экранах mirasol, таким образом, не требует активно-матричной подложки и, как следствие, экраны обходятся дешевле в производстве и заметно надёжнее своих конкурентов на активных подложках.
Главный минус таких экранов заключается в сложностях с выводом полутонов и градаций серого. Поскольку элементарная ячейка IMOD-экрана не может иметь промежуточных состояний, чтобы отобразить полутона, используется пространственное или временное псевдосмешение (размывание) цветов, или комбинация обоих подходов. Наиболее прост пространственный метод псевдосмешения (рис.9).
Рис. 9. Пространственный метод псевдосмешения.
Для организации пространственного псевдосмешения цветов достаточно ввести для управления пикселя дополнительные строки (три, как на картинке выше). Теперь каждая из строк управления пикселем отвечает за свою зону субпикселя. Площади зон разные, поэтому в итоговой картинке каждая из них имеет уникальное весовое участие. Комбинация трёх зон даёт 8 градаций, что с учётом трёх базовых цветов приводит в итоге к 512 оттенкам.
Временное псевдосмешение цветов действует иначе. Дозируя за равные промежутки времени число «загораний» субпикселя, мы определяем его суммарное весовое значение в результирующей картинке. Поскольку частота переключений превышает 50 раз в секунду, глаза увидят не мерцание, а цвет определённого тона. На рис. 10 представлен прототип визуализатора IMOD.
Рис. 10 Прототип визуализатора IMOD