Brati na zaslonu je mučno in očem neprijetno, zato že pol stoletja poteka razvoj elektronskega papirja. Črno-bele rešitve so že izjemno dobre, barvne pa dobivamo šele v zadnjih letih. Podjetje E-Ink razvija tehnologiji ACeP in Kaleido, ki imata vsaka svoje prednosti in slabosti. Če bi ju lahko križali, bi bil rezultat fantastičen.
Nekaterih stvari se ne da spremeniti in mednje sodi tudi branje. Zasloni nikoli niso ponujali tako dobre bralne izkušnje kakor papir, zato niti danes niso redki ljudje, ki pomembne dokumente za poglobljeno branje natisnejo. Dasiravno so današnji zasloni svetlobna leta pred katodnimi cevmi izpred pol stoletja – časovni okvir ni izbran naključno –, se s papirjem, zlasti ob sončnih dneh, težko kosajo.
V 70. letih preteklega stoletja je Nick Sheridon iz Xeroxovega raziskovalnega oddelka PARC (Palo Alto Research Center) razvil prvi elektronski papir, ki ga je poimenoval Gyricon (kar v grščini pomeni vrteča se slika). Sestavljale so ga kroglice iz polietilena, ki so v premeru merile okrog 100 mikrometrov. Na eni strani so bile pozitivno nabite, na drugi pa je bil naboj negativen. Splošen izraz za delce, ki imajo dve strani z nasprotnimi lastnostmi, je Janusovi delci. Takšne delce, ki so potopljeni v oljnih mehurčkih v silikonskih plasteh, lahko enostavno obračamo z napetostjo. Če je kroglica na zgornji strani pobarvana črno, na spodnji pa belo, smo dobili možnost za izris vzorcev. Energijo potrebujemo zgolj za spremembo napetosti, torej rotacijo kroglic, nato pa je vzorec prikazan neomejeno brez porabe energije. V tem pogledu je Gyricon res elektronski papir.
Prvi prototip elektronskega papirja je uporabljal kroglice z različnim nabojem in barvo na obeh straneh.
Zamisel je bila revolucionarna in izjemna, saj so bila 70. leta prejšnjega stoletja čas okornih zaslonov s katodno cevjo, ki so porabljali orjaške količine energije, in zelo primitivnih LCD-jev. Gyricon pa je bil debel le kot rokavica iz lateksa, nekoliko gumijastega občutka in z zanemarljivo porabo energije. Sheridon je pokazal, da Gyricon ni izgubil svojih lastnosti niti po dveh letih in treh milijonih izrisov različnih vzorcev. Elektronski papir bi lahko korenito spremenil tedanje računalniške zaslone, zato je Sheridon prijavil in dobil tudi patent za svoj izum. A pri tem je tudi ostalo, saj Xerox ni bil navdušen nad elektronskim papirjem. Šefi so Sheridonu svetovali, naj se raje ukvarja s tiskanjem.
Tehnologiji, ki ju ni bilo
Barvni e-papir je razvijalo več podjetij, svojčas se je zato zdelo, da bo tehnologij več. ClearInk iz ZDA je ubral podoben pristop kot E-Inkov Kaleido, saj je nad črno-beli prikazovalnik namestil barvni filter. Čeprav so napovedovali številne izdelke, kot so tablice in otroške didaktične igrače, se je razvoj leta 2022 ustavil. Japonski Bridgestone pa je razvijal svoj DES (Display Electronic Slurry), ki je uporabljal podobni pristop kot ACeP. Bridgestone je razvoj ustavil leta 2013. Tudi Xerox ni prepoznal uporabnosti svojega izuma, dokler ni E-Ink 20 let pozneje odkril istega. Še danes ima E-Ink večino patentov, zato je elektronski papir sorazmerno drag, razvoj pa počasen.
Xerox je elektronski papir dobesedno pospravil v predal za več kot dve desetletji, dokler niso izdelka leta 2000 oddvojili v novoustanovljeno podjetje Gyricon Media, v katerem je imel Xerox večinski delež, vodil pa ga je Sheridon. Prve izdelke so predstavili leto pozneje. Trajalo je skoraj 30 let, da je njegov izum postal komercialni izdelek, ki je stal 90 dolarjev. Panel v velikosti 28 x 35,5 centimetra je obljubljal dve leti delovanja z istim kompletom treh baterij AA.
E-Ink
Veliki konkurent, ki je do danes že povsem zasenčil Gyricon, je E-Ink. Leta 1995 je raziskovalec na Stanfordu Joseph Jacobson reševal enak problem. Želel je izumiti izbrisljiv, prilagodljiv papir, na katerem bi lahko spreminjali vsebino. Istega leta je dobil novo zaposlitev kot docent na sloviti univerzi MIT v Massachusettsu, kjer je problem reševal skupaj s študentoma Jonathanom D. Albertom in Barrettom Comiskeyjem. Dve leti pozneje so z Russllom J. Wilcoxom ustanovili podjetje E-Ink. To je bil čas, ko je Xeroxova tehnologija še vedno ležala v predalu.
E-Ink si je svoj elektronski papir zamislil nekoliko drugače, saj so uporabili metodo elektroforeze, kakor imenujemo potovanje nabitih delcev, ki so raztopljeni v tekočini, če jo postavimo v električno polje. Uporabili so mikrokapsule iz prosojnega polimera, v katerih so bili ujeti barvilo in beli delci. Ko so pozitivno nabiti delci titanovega dioksida, ki ga še danes poznamo kot glavni beli pigment, na vidni strani mikrokapsul, je rezultat bel papir. Delci modrega ali črnega barvila, ki so negativno nabiti, so tedaj ujeti na spodnji strani, ki ni vidna bralcu. Z nasprotno nabitim električnim pulzom pa na vrh spodbodemo barvilo, medtem ko bele delce titanovega dioksida pošljemo v ozadje – in na papirju vidimo obarvanje. Obarvani in beli delci potujejo po kanalu, na katerega so omejeni. Če ne pripotujejo povsem do vrha, temveč ostanejo na sredini, lahko tako prikažemo tudi sivo barvo. Položaj je odvisen od tega, koliko časa je posamezna mikrokapsula izpostavljena napetosti, saj se premikanje delcev ustavi, ko polje izgine. Ker lahko te mikrokapsule nanesemo ali natisnemo na papir podobno kot črnilo, so tehnologijo poimenovali E-ink. Črka E pomeni elektroforezno.
Barve
Opisana Gyricon in E-Ink imata resno omejitev, saj lahko prikazujeta le eno barvo, pravimo, da sta monokromatska. Za uporabo v obliki elektronskega papirja, torej za branje knjig, to sicer ni nepremostljiva ovira, bi si pa vseeno želeli več barv. Tudi leposlovne knjige, zlasti pa stvarna literatura, imajo pogosto ilustracije, slike in fotografije. Zasloni običajno ne morejo biti enobarvni, medtem ko so enostavni prikazovalniki lahko.
Četudi bi lahko povsem dobro živeli z enobarvnim elektronskim papirjem – navsezadnje je bil Amazonov Kindle tak od prve različice leta 2007 vse do lani, torej dolgih 17 let –, bi si želeli imeti večbarvnega. Prvih barvnih elektronskih papirjev seveda nismo dobili šele lani, a komercializacija tehnologije se je leta in leta odmikala. Zgodnji poskusi so bili okorni, izdelki tehnološko neprepričljivi, često zgolj zelo surovi prototipi. S problemom barv so se spopadali številni: univerze, zagonska podjetja, komercialni laboratoriji in drugi. Prvi izdelki so poleg črno-belega zaslona dobili še eno barvo, denimo rdečo.
Prve izvedenke barvnega elektronskega papirja so imele barvne filtre. Nad črno-beli elektronski papir so postavili steklo, ki je imelo natisnjen barvni vzorec. Elektronski papir je prikazoval belo, zaradi barvnega filtra pa smo videli modro, rdečo ali zeleno, odvisno od konkretnega piksla. Tehnologijo so poimenovali E Ink Triton, a kupcev ni prepričala. Ločljivost je bila nizka (trikrat nižja, ker za ponazoritev barvne palete potrebujemo tri osnovne barve), barve s slabim kontrastom, slika je bila precej temna, saj smo gledali skozi filter. E-Ink je namreč odbojna tehnologija, ki nima lastne osvetlitve (enako kot fizični papir), temveč odbija svetlobo iz okolice.
Tehnologija Kaleido uporablja barvni filter za prikaz barv.
Poiskati je bilo treba drugo pot. Dotlej so mikrokapsule vsebovale samo dva pigmenta: belega in črnega, ker je to enostavnejši pristop, ki omogoča preprosto krmiljenje. Če bi vzeli več pigmentov, bi papir lahko prikazoval barve, a kako neki bi jih krmilili, če pa lahko prilagajamo le eno fizikalno veličino: napetost oziroma električno polje (ki sta tesno povezana)? Izkaže se, da je to mogoče.
Moderni ACeP (Advanced Color ePaper) ima pigmente štirih barv: belega, rumenega (yellow), škrlatnega (magenta) in modrega (cyan). Delci s temi pigmenti so različno veliki in različni nabiti. Algoritem nato izračuna, kakšno napetost in za koliko časa mora pritisniti na posamezni kanal, da se pigmenti razporedijo glede na želeno barvo. To je odvisno tako od barve, ki jo želimo prikazati, kot tudi od barve, ki je bila prikazana pred spremembo. Če na vrh kanala postavimo le bele pigmente, bomo videli belo, če pa modre in rumene, bomo videli zeleno, podobno kot delujejo tiskalniki (subtraktivno mešanje barv). Ne gre le za monotono vklapljanje ali izklapljanje osnovnih barv, saj lahko prilagajamo, kako blizu površini pripotuje posamezni pigment. Začelo se je z izdelki, ki so imeli beli, črni in rdeči pigment. Današnji ACeP pa ima štiri barve, med katerimi ni črne (temveč jo poustvarimo z vsemi tremi barvami). E-Ink trdi, da lahko z variacijami vertikalnega položaja posameznih pigmentov prikažejo do 50.000 različnih barv.
ACeP ne uporablja filtra, temveč pigmente več barv.
ACeP so prvikrat predstavili leta 2016, a je bil tedaj zaradi počasnosti še neprimeren za množično uporabo, dasiravno precej boljši od primitivnega Tritona. Barve so se v popolnosti prikazale šele po nekaj deset sekundah, kar je prepočasi za branje. ACeP so uporabljale azijske trgovine za prikazovanje cen izdelkov na policah, v e-bralnike pa ni mogel prodreti. Barve so bile še vedno preveč medle.
Komercialni uspeh
Vmes je preteklo polno desetletje in bil je čas, da se barvni filtri vrnejo. A to pot jih E-Ink ni tiskal na steklo, ki bi predstavljalo dodatni sloj, temveč neposredno na plastični film, na katerem je zgornja elektroda. Tako je bil filter karseda blizu pigmentom, prav tako pa so lahko zvišali ločljivost do 200 pik na kvadratni palec, saj je bil barvni filter sestavljen iz manjših delcev, ki so se v celoti prilegali mikrokapsulam. Prav tako so dodali sprednjo osvetlitev, s čimer so zagotovili, da je svetloba na površino vedno padala pod optimalnim kotom. Nova generacija Kaleido je bistveno boljša od Tritona, posvojili pa so jo tudi kupci. Dobili smo prve komercialno uspešne e-bralnike z barvnim E-Inkom. V letih 2020 in 2021 so izšli Guoyue Smartbook V5 Color, pametni telefon HiSense A5C Color, Onyx Boox Poke 2 Color in PocketBook Color, lani pa že omenjeni Kindle.
Lanski Kindle uporablja omenjeno tehnologijo Kaleido. Na vprašanje, zakaj se je to zgodilo šele lani, je direktor za Kindle v Amazonu Kevin Keith zelo jasno odgovoril: Tehnologija preprosto ni bila nared. Kobo in Remarkable sta sicer svoja barvna e-bralnika izdala malce prej, a Kaleido tehnologija je v resnici šele po letu 2023 primerna za širšo uporabo.
ACeP, ki prikazuje lepše barve, a se počasneje osvežuje, naj bi prišel v letošnji Kindle, a to še ni potrjena informacija. ACeP, ki ima komercialno ime E Ink Gallery 3, za zdaj najdemo le v drugih vrstah izdelkov, denimo modulih in specializiranih prikazovalnikih. Ko se bo hitrost osveževanja povečala, bo ACeP zasenčil Kaleido.
Tabela [PDF]
