E-papier w wyświetlaczach

Mianem e-papieru (papieru elektronicznego) określa się technologię produkcji wyświetlaczy zaprojektowanych w sposób naśladujący cechy tradycyjnego papieru. W przeciwieństwie do klasycznych wyświetlaczy elektronicznych, e-papier nie wymaga podświetlenia w celu prezentacji obrazu. W zamian jest zdolny do odbijania padającego na jego powierzchnię światła podobnie jak zwyczajny arkusz papieru. Tak jak papier, jest w stanie przechowywać umieszczony na nim obraz bez konieczności zużycia energii – energia elektryczna wymagana jest jedynie do zmiany wyświetlanego obrazu.

Właściwości wyświetlaczy e-papier powodują, że ekrany te są znacznie bardziej komfortowe dla czytelników. Jest to spowodowane stabilnością obrazu, który nie musi być cyklicznie odświeżany, szerokim kątem widzenia oraz brakiem własnej emisji światła. Treść wyświetlana na ekranie e-papier może być z łatwością odczytana nawet w warunkach silnego i bezpośredniego nasłonecznienia, bez wrażenia zanikania obrazu oraz obecności refleksów.

Konstrukcja oraz zasada działania

Pierwszy ekran typu e-papier opracowany został w 1974 roku przez firmę Xerox. Produkt ten otrzymał nazwę handlową Gyricon. Jego konstrukcja opierała się na cienkim arkuszu wykonanym z elastycznego tworzywa, w którego strukturze umieszczono malutkie cząstki mające swobodę obrotu wokół własnej osi. Cząstki te (o średnicy kilkudziesięciu mikrometrów) miały cechy tzw. cząstek Janusa, tzn. ich powierzchnia składała się z dwóch obszarów o różnych kolorach oraz o przeciwnym ładunku elektrycznym. Za pomocą zmian wartości napięcia elektrycznego możliwa jest zatem zmiana kolorów poszczególnych cząstek (pikseli), w efekcie zaś zmiana obrazu wyświetlanego na ekranie.

 

Rys. 1. Zasada działania e-papieru

Kolejną z technik wykorzystywanych do konstrukcji wyświetlaczy typu e-papier jest elektroforeza. Jest to zjawisko fizyczne polegające na rozdzielaniu mieszaniny różnego typu cząstek pod wpływem przyłożonego zewnętrznego pola elektrycznego. Prędkość i kierunek ruchu zależą od rozmiaru cząstek oraz posiadanego przez nie ładunku elektrycznego. W praktyce w materiale tworzącym frontowy panel e-papieru zatopione są niewielkie kapsułki wypełnione dielektrykiem, w którym pływają mikroskopijne cząsteczki zabarwione na określony kolor. Cząsteczki te mają ładunek elektryczny, dzięki czemu po przyłożeniu zewnętrznego pola elektrycznego poruszają się w określonym kierunku, co pozwala sterować barwą tego obszaru (piksela) ekranu. Poprawę kontrastu osiąga się poprzez umieszczenie w kapsule dwóch rodzajów cząstek, o przeciwnym zabarwieniu (np. białe i czarne) oraz naładowanych przeciwnym ładunkiem elektrycznym. Zasadę działania tego mechanizmu przedstawiono na rysunku 1.

Wyświetlacz typu e-papier składa się z dwóch podstawowych elementów – ekranu oraz układów elektronicznych sterujących wyświetlaniem obrazu. W terminologii anglojęzycznej elementy te określa się kolejno jako frontplane oraz backplane.

Zalety

E-papier to technologia często przedstawiana jako połączenie tradycyjnego papieru z klasycznymi wyświetlaczami elektronicznymi. Ma szereg zalet w porównaniu do każdego z tych rozwiązań.

W przeciwieństwie do tradycyjnego papieru, e-papier umożliwia cyfryzację wyświetlanej treści – pozwala zatem na wyszukiwanie, filtrowanie oraz sortowanie danych. Ma też nieporównanie większą pojemność – wyposażony w odpowiednią pamięć wyświetlacz wielkości kartki A5 jest w stanie pomieścić ilość informacji porównywalną do zawartości całej biblioteki tradycyjnych książek.

W porównaniu do tradycyjnych wyświetlaczy, e-papier charakteryzuje się znacznie większą energooszczędnością – energia elektryczna wykorzystywana jest jedynie do zmiany wyświetlanego obrazu, nie zaś do jego wyświetlania oraz cyklicznego odświeżania. Oferuje również dobrą czytelność obrazu oraz brak refleksów – im mocniejsze światło pada na ekran, tym bardziej czytelny jest wyświetlany na nim obraz, dokładnie tak jak w przypadku tradycyjnej kartki papieru.

Technologia ta sprzyja wytwarzaniu elastycznych ekranów – e-papierowe arkusze umieszczane mogą być na powierzchniach niemal każdego typu – od koszulek, przez etykiety produktów aż do billboardów. Ekran e-papierowy nie emituje własnego światła, jest zatem znacznie przyjaźniejszy dla użytkowników, ponieważ nie wywołuje uczucia zmęczenia wzroku.

Wady

Niewątpliwą wadą wyświetlaczy e-papierowych jest stosunkowo długi czas odświeżania ekranu, co najmniej o rząd wielkości większy niż np. w przypadku technologii LCD. Konstruktorzy produktów wyposażonych w tego typu ekrany nie mogą zatem pozwolić sobie na implementację zaawansowanych interfejsów opartych na szybkiej interakcji pomiędzy urządzeniem a użytkownikiem. Dość kłopotliwa byłaby nawet próba sterowania urządzeniem za pomocą myszy komputerowej.

 

Rys. 2. Tradycyjny rozkład jazdy zastąpiony e-papierowym ekranem, Fot. Unisystem

Brak możliwości wyświetlania animacji może wpłynąć też dość istotnie na możliwości monetyzacji produktów wyposażonych w tego typu wyświetlacze. Przykładowo, producenci czytników e-booków nie mogą wyświetlać użytkownikom reklam w postaci filmików, a jedynie jako obrazy, co powoduje obniżenie potencjalnych wpływów od reklamodawców.

Istotnym ograniczeniem pozostaje także liczba wyświetlanych kolorów – na rynku wciąż dominują modele jedno- oraz dwukolorowe. Dostępne są modele pozwalające na prezentację kolorowego obrazu, jakość oferowanych kolorów wciąż pozostawia jednak sporo do życzenia.

Zastosowanie

Zapewne jednym z najpopularniejszych i najbardziej znanych zastosowań wyświetlaczy e-papierowych są czytniki e-booków. Nie jest to jednak jedyna możliwość wykorzystania tej technologii. Tego typu ekrany w niektórych supermarketach zastępują tradycyjne papierowe etykiety produktów, co pozwala m.in. na bieżąco i zdalnie aktualizować informacje o cenach. Do ciekawych zastosowań należą też tablice informacyjne, rozkłady jazdy, stacje pogody czy też znaki drogowe. Z e-papierowymi wyświetlaczami dość często spotkać się można również w zastosowaniach przemysłowych oraz logistycznych.

Podsumowanie

Elektroniczny papier to niewątpliwie ciekawa technologia pozwalająca na tworzenie innowacyjnych produktów oraz rozwiązań. Energooszczędne oraz lekkie ekrany niewymagające odświeżania i podświetlania są przyjazne dla czytelników, dobrze sprawdzają się w warunkach silnego nasłonecznienia oraz świetnie nadają się do urządzeń zasilanych bateryjnie. Ciągły rozwój technologii wpływa na wzrost jakości wyświetlanego obrazu – nowe modele urządzeń charakteryzują się lepszym kontrastem oraz odwzorowaniem barw.

Damian Tomaszewski