Augenschonende Displays wie die von E-Ink sind bislang kaum verbreitet. Deshalb würde ich gerne selbst einen Laptop mit E-Ink-Display bauen.
Dieser Text ist eine Übersetzung. Das Original des Entwicklers Alexander Soto ist hier zu finden.
Vor etwa einem Jahr, mitten in der Covid-19-Pandemie, haben wir die EI2030-Community gegründet. Es war die Zeit, als viele von uns plötzlich von zu Hause aus arbeiteten und mehr und mehr Zeit vor digitalen Geräten verbrachten. EI2030 möchte eine gesündere Arbeitsweise am Computer fördern - insbesondere Displays wie die von E-Ink, die kein Licht emittieren.
EI2030 soll Menschen zusammenbringen, die lernen, diskutieren, Ideen austauschen und zusammenarbeiten möchten. Unsere Community ist für jeden offen und besteht aus Hardware-Hackern, Menschen, die sich für Gesundheitstechnologie und Produktivitätsfragen interessieren, aus Gadget-Liebhabern und Unternehmern.
Vor Kurzem haben wir bei EI2030 unser E-Ink-Laptop-Projekt gestartet. Unser Ziel ist es, einen Prototyp eines E-Ink-Laptops zu bauen. Dafür bündeln wir unsere Ressourcen, unser Wissen und unsere Expertise. Organisiert sind wir in Arbeitsgruppen.
Die Arbeitsgruppen konzentrieren sich jeweils auf einen bestimmten Aspekt beim Bau des E-Ink-Laptops und werden von einer oder zwei Personen geleitet.
Sie haben ein bestimmtes Zeitbudget und dokumentieren ihre Prozesse. Am Ende werden die Ressourcen, das Wissen und alles Erlernte für andere Gruppen freigegeben.
Einige unserer aktuellen Arbeitsgruppen sind:
PaperTerm
PaperTerm ist ein Nischengerät mit E-Paper-Display und Laptop-Formfaktor und hat eine Akkulaufzeit von einer Woche bei regelmäßigem Gebrauch.
Es ist ein Mikrocontroller-basiertes Projekt, das nur einem Zweck dient: sich per Remotezugriff auf Computer zu verbinden, dort Programme auszuführen und mit ihnen zu interagieren (SSH/Telnet, Remote Desktop, VNC und so weiter). Die Kombination aus begrenztem Funktionsumfang und E-Ink-Display soll den großen Vorteil haben, dass Nutzer sich über die Akkulaufzeit quasi keine Gedanken mehr machen müssen.
Low Power E-Paper OS
Ziel des Low Power E-Paper OS ist es, die verfügbaren RTOS zu sondieren und einen Linux-Port für die Prozessoren der Ambiq Apollo 3 & 41-Serie oder ähnliche Ultra-Low-Power-Mikrocontroller zu entwickeln.
Treiber für E-Ink-Displays
Das kurzfristige Ziel dieser Gruppe ist, die verschiedenen Möglichkeiten auszuloten, ein E-Ink-Display anzusteuern, wobei der Schwerpunkt auf einem SoC mit integriertem Controller liegt (i.MX7/82- und RK35663-Familie). Testkits und -boards werden unter den Gruppenmitgliedern verteilt. Langfristig soll ein externer Open-Source-Controller für elektrophoretische Displays entstehen, der leistungsfähigere Prozessoren und mehr Flexibilität bei der Implementierung der Waveforms mit E-Ink-Geräten ermöglicht.
Laptop-Gehäuse
Ziel dieser Gruppe ist es, ein Laptop-Gehäuse zu entwerfen und zu bauen (oder umzubauen), das Grundlage für einen E-Ink-Laptop und andere Projekte sein kann.
Bevorzugt werden Designs mit Open-Source-Software, um Open Hardware verwenden zu können - zum Beispiel Olimex TERES-I, VIA OpenBook, MNT Reform und EOMA68.
Nicht-lichtausstrahlende Displays
Diese Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit nicht-lichtausstrahlenden Displays, wobei der Schwerpunkt auf E-Ink, RLCD, DES und Ähnlichem liegt.
Die Gruppe konzentriert sich darauf, Prototypen zu erstellen und mehr über die Physik von Displays zu lernen. Ihre Ergebnisse werden gesammelt und anderen Arbeitsgruppen zur Verfügung gestellt.
Psychologie und Nutzererfahrung (UX) von E-Ink
Ziel dieser Gruppe ist es, psychologische Vorzüge von E-Ink zu untersuchen. Viele E-Ink-Nutzer berichten anekdotisch von solchen Vorteilen gegenüber LCD-, OLED- oder anderen Displaytypen, zum Beispiel von einer geringeren Ermüdung der Augen. Bisher veröffentlichte Arbeiten waren da nicht ganz eindeutig (Benedetto et al., 2013; Benedetto et al., 2014; Siegenthaler et al., 2012).
Wir möchten nun selbst untersuchen, ob diese anekdotisch berichteten Vorteile empirisch überprüfbar und verallgemeinerbar sind. Wir wollen auch Ideen entwickeln und untersuchen, wie die Nutzererfahrung von E-Ink-Geräten so gestaltet werden kann, dass Produktivität und Wohlbefinden gesteigert werden.
Gespräche mit Mitgliedern von EI2030 und erste Recherchen haben ergeben, dass es beim Bau eines Open-Source-E-Ink-Laptop folgende Herausforderungen gibt:
Beschaffung des Displays
Um einen Laptop mit einem E-Ink-Bildschirm zu bauen, kommen Panels in Größen von 10,3 bis 13,3 Zoll infrage. E-Ink-Panels, die diese Kriterien erfüllen und laut Panelook in Produktion sind, sind das ES103TC11, ED133UT22 und das ES133TT33. Dasung, Waveshare, Sony und einige andere Unternehmen verwenden diese Panels.
Wir können die Panels von alten E-Ink-Geräten nehmen oder auf Second-Hand-Märkten, im Großhandel oder bei anderen Distributoren bekommen, um einen Prototyp zu erstellen. Darüber hinaus wird es wahrscheinlich schwierig: Es gibt Mindestbestellmengen, die im Moment zwischen 10.000 und 50.000 liegen.
Eine weitere Option besteht darin, keine E-Inks zu verwenden, sondern eine andere, nicht-emittierende Display-Technologie wie Display Electronic Slurry (DES) oder Reflective Liquid Crystal Display (RLCD).
DES wird in den Displays von Good Display verwendet. Bemerkenswert an DES sind vor allem: die sehr gute Pixelstruktur und Auflösung, ein sehr guter Kontrast, eine sehr gute Betriebstemperatur, ein geringer Stromverbrauch und niedrige Kosten. Außerdem gibt es keine Mindestbestellmenge. Wir warten darauf, dass Good Display wieder DES-Displays auf Lager hat, um eines zu kaufen, zu testen und die Ergebnisse mit E-Ink, RLCD und so weiter zu vergleichen.
RLCDs stellen eine reflektierende Display-Technologie dar, die vor allem interessant ist, weil sie billiger als E-Ink ist, keine speziellen Waveforms/Firmware/Controller benötigt, sehr lange hält und - das ist am spannendsten - 60 fps kann! Die Firmen Sharp und BOE sind die führenden Hersteller von RLCDs.
RLCDs stecken unter anderem in Mikrowellen und TI-Taschenrechnern. Sie befanden sich aber auch in Gameboys und der Pebble Watch. Wer heute eine Smartwatch von Garmin besitzt, hat wahrscheinlich ein RLCD mit Hintergrundbeleuchtung - ein "transflektives RLCD".
Transflektive RLCDs wurden durch das "Ein Laptop pro Kind"-Projekt (One Laptop per Child, OLPC) und die Pixel-Qi-Technologie bekannt und sind nun in vielen Smartwatches zu finden. Allerdings gibt es derzeit keinen Massenmarkt für hochauflösende transflektive RLCDs in Tablet-/Monitorgröße. Der größte Vorteil transflektiver RLCDs ist, dass sie auch im Freien gut abzulesen sind. Bei Smartwatches ist dieser Nutzen offensichtlich, bei Tablets und Monitoren nicht so sehr.
Vermeintlicher Mangel an Anwendungen und Nachfrage
Der vermeintliche Mangel an Anwendungen und Nachfrage (und damit der Mangel an Anbietern, die solche Displays produzieren), ist der Grund, dass es hier selbst im Jahr 2021 immer noch keine erprobte Technologie gibt. Der Begriff des "Augenkomforts", der vor allem in China und dort vor allem durch Hisense etabliert wurde, um Displays zu beschreiben, die die Augen nicht belasten, hat jedoch eine Nische und damit eine quantifizierbare Marktchance für transflektive RLCDs geschaffen.
Allerings gibt es da immer noch das Problem, dass es genügend Nachfrage geben muss, um die Mindestbestellmenge eines Herstellers zu erfüllen, damit er tatsächlich solche Displays produziert. Wenn aber genug Menschen Interesse daran zeigen, würde das vielleicht dazu führen, dass RLCDs oder andere nicht-strahlende Displays endlich auch in Tablet-/Monitor-Größe hergestellt werden.
Wenn wir dann ein E-Paper-Panel haben: Wie steuern wir es an?
Der Beitrag "Grundlagen der Ansteuerung von E-Paper-Displays" von Wenting Zhang bietet eine detaillierte Darstellung der Komponenten und Optionen.
Grundsätzlich gibt es drei Möglichkeiten, ein E-Ink-Display anzusteuern:
- einen eigenen Controller-Chip
- ein SoC mit integriertem Controller
- eine schnelle Mikrocontroller-Einheit zur Emulation des Controllers mit GPIO
Zhang gibt einige Beispiele:
- Closed Source/kommerziell: EPSON S1D13xxx, IT8951, Waveshare HDMI-Treiberkarte, Dasung E-Ink-Monitore
- SoC mit integriertem Controller: RK29xx, RK3026/RK3028, i.MX 6S/D, i.MX 7S/D,i.MX 8ULP, RK3566/RK3568
- MCU + Software TCON: essentialscrap, NekoCal, InkPlate 6/10, EPDiy
Die E-Ink-Treiber-Gruppe wird sich i.MX7/8, RK3566-SoCs ansehen und einen quelloffenen externen elektrophoretischen Display-Controller (EPDC) bauen, der leistungsstärkere Prozessoren und quelloffene Waveforms ermöglicht.
Die Waveform ist eine Nachschlagetabelle, mit der ein Controller bestimmt, wie der Bildschirm angesteuert werden soll. Es gibt zwei Arten von Waveforms: von Herstellern und Open Source. Die Hersteller-Waveforms können nicht weitergegeben werden und sind nicht so leicht erhältlich, da sie durch NDAs geschützt sind.
Open-Source-Waveforms können hingegen von einer Gemeinschaft erstellt und in Open-Source-Projekten verwendet werden. Open-Source-Waveforms haben jedoch eine begrenzte Leistung, es fehlen einige wichtige Funktionen und sie sind nicht mit den Waveforms der Hersteller kompatibel.
Der Aufbau eines quelloffenen externen EPDC würde es Menschen ermöglichen, ein E-Ink-Panel ihrer Wahl zu beziehen und damit zu arbeiten. Wir haben vor, eine Datenbank mit E-Ink-Panels, die auf E-Ink-Geräten verwendet werden, und kompatiblen Open-Source-Waveforms zu erstellen. Diese Datenbank könnte jedem als Referenz dienen, der solche Panels auf einem Second-Hand-Marktplatz kaufen möchte.
Das Laptop-Gehäuse ist ein weiterer wichtiger Punkt beim Bau eines E-Ink-Laptop. Zum Beispiel ist das Seitenverhältnis bei 10,3- und 13,3-Bildschirmen 4:3. Die meisten Firmen verwenden aber schon länger 16:9 als Standard. Soweit ich weiß, gibt es keinen ODM, der ein Laptop-Gehäuse für ein Seitenverhältnis von 4:3 herstellt. Was also tun?
Wir könnten den Laptop von Grund auf neu entwickeln - oder uns mit bestehendem Open-Source-Design und bestehender Open-Source-Hardware näher befassen. Eines der frühesten Beispiele ist das VIA OpenBook, ein Laptop-Referenzdesign, das 2008 vorgestellt wurde und dessen Designdateien Open Source sind. Andere Möglichkeiten sind das MNT Reform und das EOMA68, die ihre Designdateien ebenfalls offen und für andere verfügbar gemacht haben.
Vor kurzem bin ich auf das Olimex TERES-1 gestoßen, einen Laptop mit offener Hardware und offenem Quellcode. Interessant an diesem Laptop ist vor allem, dass er in fünf Teile aufgeteilt ist, statt ein Motherboard zu haben, das aus einem Stück besteht. Die Designdateien sind frei verfügbar und wurden in KiCAD erstellt. Ein Mitglied der Community hat das Gehäuse in FreeCAD erstellt.
Ersatzteile für das TERES-I sind auf der Olimex-Webseite erhältlich. Da die Designdateien für das Gehäuse und seine Leiterplatten verfügbar sind, spricht viel dafür, es für den Bau eines Open-Source-E-Ink-Laptops zu verwenden. Darüber hinaus können wir zum Open-Source-Ökosystem von Olimex beitragen, indem wir eine Open-Source-EPDC-Erweiterungsplatine erstellen und das Gehäuse so modifizieren, dass es mit einem E-Ink-Panel ausgestattet werden kann.
Die nächsten Schritte
Ich habe EI2030, unsere Arbeitsgruppen und die Herausforderungen beim Bau eines Open-Source-E-Ink-Laptops beschrieben - die da wären: die Suche nach E-Ink-Displays, die Anbindung an das Display und die Entwicklung des Laptop-Gehäuses.
Die nächsten Schritte zur Erstellung eines Prototyps eines quelloffenen E-Ink-Laptops sind nun:
- für Community-Mitglieder Raum für Feedback, Vorschläge, Fragen zu schaffen
- Entwicklung auf dem Open-Source-EPDC
- Arbeit an dem Laptop-Gehäuse
- Embedded-Linux-Entwicklung
- eine UX/UI-Studie machen
Eine Einladung
Wer sich für unsere Arbeit interessiert, kann sich hier beteiligen:
Unser Team sucht Leute mit Erfahrung in:
- Embedded Linux-Entwicklung
- Maschinenbau/CAD
Wir sind offen für jeden, der sich uns anschließt, unabhängig von seinen Fähigkeiten. Ich glaube, dass wir alle etwas zur Gemeinschaft beitragen können - und wir sollten sie zusammen aufbauen und gestalten.
Dieser Text wäre nicht möglich gewesen ohne die Hilfe von:
@initrd
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@zephray_wenting
@xorlof
@AnjanKatta
@tom.cxphillips
Danke für eure Zeit, Unterstützung und euer Engagement.
Über mich: Ich bin Community-Organisator, Pädagoge, Software-Ingenieur, Hacktivist und setze mich für sozialen Wandel ein. Meine Interessen liegen in der Erforschung von Gemeinschaftsbildung, sozialer Gerechtigkeit, Bildung und der Nutzung von Technologie, um soziale Probleme anzugehen. In der Vergangenheit habe ich für eine Arbeitsrechtsorganisation und als Lehrer gearbeitet. Derzeit bin ich Projektleiter bei EI2030 und Expert in Residence bei Resilient Coders.
DIY-Projekt: Lasst uns einen Open-Source-E-Ink-Laptop bauen! - Golem.de - Golem.de
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