Tajemnica e-papieru. Jak działają czytniki e-booków?

Pierwotnie technologia e-papieru opracowana została w latach 70. przez firmę Xerox. Znana była pod nazwą Gyricon i miała zrewolucjonizować rynek monitorów komputerowych. Pomysł okazał się ślepą uliczką, więc szybko został zarzucony. Obecność tej technologii w wyświetlaczach czytników e-booków, to efekt badań rozwojowych prowadzonych w latach 90. w laboratorium MIT Media Lab, na słynnym Massachusetts Insitute of Technology (MIT).

Pierwszy czytnik e-booków zaprojektowała w 2004 roku firma Sony, a szerszą popularność urządzenia te zawdzięczają koncernowi Amazon. Polskim akcentem w branży czytników są inkBOOKi, oferowane przez markę MIDIA, należącą do wrocławskiej firmy Arta Tech. Stosowane we wszystkich tych urządzeniach ekrany EPD (Electronic Paper Display) świetnie nadają się do wyświetlania tekstu. Są matowe, a ich faktura i barwa, przywodzą na myśl skojarzenia z kartką papieru. Największym producentem ekranów EPD jest założona w 1992 roku firma E Ink.

Co wyróżnia e-papier? Na pewno charakterystyczny, mocno kontrastowy i wyraźny obraz w 16 odcieniach szarości. Dzięki znakomitym kątom widzenia, wyświetlany tekst jest zawsze klarowny - niezależnie od tego w jakiej pozycji trzymamy czytnik e-booków. Technologia EPD nie męczy wzroku i pozwala na długie, a przy tym bardzo komfortowe czytanie treści elektronicznych. Naukowcy opracowali również kolorowy e-papier. Jednak ze względu na liczne technologiczne ograniczenia, nie jest on jeszcze powszechnie wykorzystywany.

Papier elektroniczny w czytniku e-booków jest niezwykle energooszczędny, co odróżnia go od wyświetlaczy LCD powszechnie stosowanych w innych urządzeniach mobilnych. Włączony ekran LCD w tablecie wymaga ciągłego zasilania, ponieważ w trakcie wyświetlania obrazu odświeża się nawet kilkadziesiąt razy na sekundę. Urządzenie z ekranem EPD działa na zupełnie innych zasadach. Nie licząc zasilania niezbędnego do obsługi wewnętrznych procesów, takie urządzenie praktycznie nie pobiera energii. Dlaczego? Ponieważ podczas wyświetlania statycznego obrazu e-papier nie wymaga odświeżania. Jeśli otworzymy na czytniku książkę elektroniczną, możemy ją wyświetlać nawet i przez pół dnia bez większego wpływu na baterię. Dopiero zmiana strony wymusza odświeżenie ekranu.

Czytając kilkusetstronicową powieść na tablecie, raczej nie obejdziemy się bez ładowarki. Nim rozładujemy baterię czytnika e-booków, spokojnie przebrniemy przez kilka takich powieści. Czas pracy urządzenia liczymy nie w godzinach, ale w tygodniach. Czytanie jest więc dużo bardziej komfortowe.

Czym jeszcze różni się papier elektroniczny od LCD? Pod mikroskopem dostrzeglibyśmy w jego strukturze coś, czego nie znajdziemy w żadnym tabletowym wyświetlaczu. Ekran przykładowego, 6-calowego czytnika e-booków, takiego jak inkBOOK Classic lub inkBOOK Obsidian, składa się z milionów mikrokapsułek wypełnionych cząsteczkami białego oraz czarnego pigmentu. Pigment jest zawieszony w przeźroczystej cieczy. Możemy dla uproszczenia przyjąć, że jedna taka mikrokapsułka to odpowiednik jednego piksela na ekranie czytnika.

Mikrokapsułki umieszczone zostały w obwodzie elektrycznym, składającym się z elektrod sterujących. Zamknięte w nich cząsteczki pigmentu są wrażliwe na pole elektryczne. Białe są naładowane dodatnio, a czarne ujemnie. Każda zmiana przyłożonego napięcia w elektrodach powoduje ich ruch, a w efekcie zmianę koloru mikrokapsułki. Statyczny obraz wyświetlany na ekranie EPD to nic innego, jak efekt "zamrożenia" aktualnego układu cząsteczek pigmentu w mikrokapsułkach. Stąd też niewielki apetyt e-papieru na energię, przekładający się na długi czas pracy czytników na baterii.

Dla naszego wzroku bardzo istotne jest to, że papier elektroniczny nie świeci. Czarny pigment w mikrokapsułkach jest widoczny zarówno w świetle naturalnym, jak i sztucznym. Ekrany LCD w tabletach muszą świecić, gdyż bez tego w ogóle nie mogłyby wyświetlać obrazu. Dodatkowo tablety mają ekran chroniony szklaną taflą, która przy intensywnym świetle słonecznym działa jak lustro.

W ekranach EPD warto zwrócić uwagę na doświetlenie. Znajdziemy je w bardziej zaawansowanych czytnikach, takich jak: inkBOOK Obsidian, inkBOOK 8, Kindle Paperwhite czy Kobo Aura. Pozwala ono na komfortowe korzystanie z urządzenia w pochmurny dzień lub wieczorem, bez konieczności sięgania po lampkę nocną. Doświetlenie wykorzystuje diody LED świecące na ekran EPD z góry. Takie rozwiązanie jest przyjazne dla wzroku, gdyż ten rodzaj iluminacji nie razi w oczy. Doświetlenie w ekranie EPD warto odróżnić od podświetlenia obecnego w matrycach LCD, gdzie diody są zdecydowanie mocniejsze i zupełnie inaczej umieszczone.

Co z funkcją dotyku? Większość dostępnych na rynku czytników e-booków wyposażona jest w ekrany pojemnościowe typu multi-touch. Niektóre z nich, jak choćby wspomniane już inkBOOKi polskiej marki MIDIA, bazują na popularnym systemie operacyjnym Android i wykorzystują gesty, które bardzo dobrze znamy ze smartfonów oraz tabletów. Wspierają również aplikacje mobilne.

Tablety i czytniki e-booków dużo łączy, ale równie dużo dzieli. Czytniki są urządzeniami mocno wyspecjalizowanymi. Potrafią rewelacyjnie radzić sobie z książkami, dokumentami, czarno-białymi komiksami i grafikami. Można na nich również przeglądać strony internetowe oraz komfortowo czytać długie artykuły i elektroniczne wydania gazet czy magazynów. Niestety, nie oferują możliwości wygodnego obejrzenia animacji oraz materiałów wideo.

Ekrany EPD to nie tylko czytniki e-booków. Dynamiczny rozwój tej technologii sprawił, że e-papier ma dziś dużo więcej zastosowań. W australijskim Sydney spotkamy znaki drogowe wyposażone w panele z papieru elektronicznego, wyświetlają różne istotne dla kierowców komunikaty, informując m.in. o dostępności miejsc parkingowych w najbliższej okolicy.

E-papier stosowany jest również w plakietkach reklamowych i panelach sterujących. Jego energooszczędność sprawia, że powstają coraz to ciekawsze koncepcje jego wykorzystania w przyszłości.

Firma Sony w ubiegłym roku opracowała innowacyjny zegarek Sony FES Watch - projekt finansowany częściowo w ramach crowdfundingu. W urządzeniu nie tylko koperta, ale również pasek zostały uzbrojone w e-papierowe wyświetlacze. Najnowszy pomysł Sony to uniwersalny pilot HUIS, który zamiast przycisków fizycznych ma dotykowy panel sterujący z e-papieru. Jednym z najciekawszych i prawdopodobnie najbardziej zwariowanych pomysłów na wykorzystanie papieru elektronicznego, jest integracja kolorowych, elastycznych ekranów EPD w obuwiu. Dzięki temu można dowolnie zmieniać kolorystykę butów. Pomysł ten na poziomie koncepcyjnym realizuje start-up Shiftwear.

E-papier to nieco tajemnicza i często niedoceniana technologia. Zasługuje jednak na naszą uwagę, ponieważ otwiera przed nami zupełnie nowe możliwości. Nie tylko w zakresie czytania treści elektronicznych, choć tu zastosowanie e-papieru jest najbardziej widoczne. Mikrokapsułki z pigmentem mogą stać się dla nas przepustką do lepszej przyszłości. Takiej, w której będziemy mogli czytać co tylko chcemy i gdzie tylko chcemy, oszczędzając przy tym energię, i chroniąc nasze lasy.