Sähköpaperi on tulevaisuuden julkaisualusta

(IPRinfo 3/2001)

Kehitteillä olevat näyttöteknologiat voivat muutaman vuoden kuluessa mahdollistaa uudentyyppisten ohuiden ja taipuisien näyttöjen toteuttamisen televisioihin ja kannettaviin tietokoneisiin sekä sähkökirjoihin. Erityisen houkutteleviksi tekniikat tekee se, että näytöt voidaan valmistaa edullisesti halvoista materiaaleista.

Eräitä näistä kutsutaan myös sähköpapereiksi, koska tekniikoilla pyritään saavuttamaan paperin käyttömukavuus, kuten keveys, kulmariippumaton luettavuus, vaaleus, hyvä kontrasti sekä jopa paperin tuntuma ja ulkonäkö. Hankkeiden uskottavuutta lisää se, että asialla on joukko viestintäalan jättiyrityksiä.

Kannettaviin lukulaitteisiin kuten sähkökirjoihin tarvittavat komponentit, esimerkiksi riittävä muisti, energiaa säästävä elektroniikka ja tehokkaat akut, ovat olleet saatavilla jo kymmenkunta vuotta. Laitteiden yleistymistä on kuitenkin osaltaan rajoittanut soveltuvien kannettavien näyttöjen puuttuminen.

Kannettavia tietokoneita varten on viime vuosina kehitetty korkeatasoisia LCD-värinäyttöjä, jotka kuitenkin kuluttavat liian paljon energiaa ja näin edellyttävät suurempia ja painavampia akkuja, jotta ne olisivat käyttökelpoisia sähkökirjoissa. Kannettavissa julkaisualustoissa erittäin olennainen ominaisuus on laitteen paino, koska laite ei voi olla kovin paljon painavampi kuin perinteinen kirja tai lehti.

Heijastava muistinäyttö käyttää virtaa vain, kun näytön kuva vaihdetaan, joten se on ideaalinen kannettaviin lukulaitteisiin. Muistinäyttöjen uutta aaltoa edustavat sähköpaperit, joita kehittävät mm. Xerox ja E Ink.

Xeroxin Gyricon-sähköpaperi

Xerox valitsi kesäkuussa 1999 3M:n suunnittelemansa sähköpaperin, Gyriconin valmistajaksi. Hyödyntämällä 3M:n hallitsemaa tuotantoteknologiaa uutta materiaalia on valmistettavissa nykytekniikalla kaupalliseen tuotantoon tarvittavia määriä. Xerox ilmoittaa tuotteen soveltuvan sanoma- ja aikakauslehtiin, kirjoihin ja näyttölaitteisiin eli tuotteisiin, joiden sisältöä halutaan toistuvasti päivittää. Joulukuussa 2000 yhtiö perusti spin off -yrityksen, jonka tehtävänä on Gyriconin kaupallistaminen. Yhtiö uskoo saavansa sähköpaperilla satojen miljoonien dollarien liikevoitot jo vuoteen 2004 mennessä.

Gyricon-näyttömateriaali kehitettiin Xeroxin Palo Alton tutkimuskeskuksessa jo kaksikymmentäviisi vuotta sitten. Keksintö kuitenkin arkistoitiin yli kymmeneksi vuodeksi, jonka jälkeen tuotekehitys aloitettiin uudelleen. Gyricon-näyttö muodostuu miljoonista pehmeän, läpinäkyvän muovikalvon sisällä olevista polyeteenipalloista, joiden toinen puoli on värillinen ja toinen valkoinen.

Muovikalvon pallotaskuihin imeytetään matalaviskoottista öljyä, joka mahdollistaa pallojen vapaan pyörimisen. Koska pallojen toinen puoli reagoi sähkökenttään, on palloja mahdollista pyörittää selektiivisesti. Valmistajan ilmoituksen mukaan Gyricon-arkki kestää yli tuhat kuvan uudelleengenerointia, mutta on vain hieman paperia kalliimpaa.

Tulevaisuuden selluloosaa

Pallot ovat halkaisijaltaan 30-100 mikronia ja toistaiseksi saavutettu näytön resoluutiotaso on 220 pistettä tuumalle. Xeroxilla on yli 75 Gyriconiin liittyvää patenttia, joista osa koskee värinäyttöjä. Xeroxin mukaan Gyricon-näytöllä varustettu salkkumikro toimisi AA-paristoilla varustettuna puoli vuotta. Xerox on kuvannut valmistusmateriaalia termillä “tulevaisuuden selluloosa”.

Sivujen lataaminen Gyricon-arkille esimerkiksi tietokoneelta onnistuu sauvamaisella laitteella, joka vedettäessä arkin yli pyyhkii edellisen kuvan ja tulostaa tilalle uuden. Laite on niin edullinen ja pieni, että sitä voi kantaa mukana vaikkapa salkussa.

Siihen voidaan yhdistää myös skanneripää, jolloin laite muuttuu yhdistetyksi tulostimeksi, kopiokoneeksi, faksiksi ja skanneriksi. Näytölle voidaan kirjoittaa muistiinpanoja myös käsin erityisellä varauskynällä. Ensimmäiset Xeroxin prototyypit ovat olleet liikennemerkkejä ja neuvotteluhuoneen varattu-tauluja.

MIT:n sähkömuste

MIT Media Lab perusti vuonna 1997 yhteistyöyritysten rahoituksella E Ink Corporation -yhtiön, jonka tehtävänä on ns. sähkömusteeseen perustuvien tuotteiden kehittäminen ja kaupallistaminen. Muun muassa Motorolan, Hearstin, IBM:n muodostama konsortio on sijoittanut yhtiön tuotekehitykseen miljoonaa. Sijoittajina toimivat myös joukko sanomalehtikustantajia, kuten Hearst Newspapers, Central Newspapers ja McClatchy. Yhtiö on saanut tuotekehitysrahoitusta myös USA:n puolustusministeriöltä.

Helmikuussa 2001 maailman johtava näyttöjen valmistaja Philips ilmoitti solmineensa laajan yhteistyösopimuksen E Inkin kanssa. Yhteistyön tavoitteena on kehittää ja kaupallistaa korkean resoluution aktiivimatriisinäyttöjä kannettaviin laitteisiin sähkömusteeseen perustuen.

Yhteistyösopimuksessa E Inkin roolina on kehittää ja toimittaa sähkömustefilmejä Philipsille, joka integroi ne aktiivimatriisipiireihin näyttöjen valmistamiseksi. Philips on saanut maailmanlaajuiset oikeudet valmistaa ja myydä pienten sähkömusteeseen perustuvien tietokonelaitteiden näyttöjä, sovellusalueina erityisesti sähkökirjat, kämmentietokoneet ja kännykät. Yhteistyönä kehitetty 80 dpi:n korkearesoluutionäyttö demonstroitiin kesäkuussa 2001.

Myös maailman markkinajohtaja litteiden näyttöjen värisuotimien valmistajana, TOPPAN Printing Company LTD. ilmoitti toukokuussa 2001 strategisesta yhteistyösopimuksesta E Inkin kanssa. Sopimuksessa yhtiö on saanut maailmanlaajuiset oikeudet valmistaa ja toimittaa värisuotimia sähkömustenäyttöihin, mikä mahdollistaa myös värillisten sähkömustenäyttöjen valmistuksen.

E Ink on asentanut sähkömustetta hyödyntävän elektronisen mainostaulun yhdysvaltalaisen JCPenney-tavarataloketjun myymälään. Kylttiin on helppo vaihtaa muuttuvaa tietoa kaupan keskustietokoneelta ja tarkoituksena on, että tulevaisuudessa esimerkiksi kaikki tietyn kauppaketjun mainoskyltit voitaisiin muuttaa kerralla koko maan laajuisesti, jopa useita kertoja päivässä.

Sähkömuste koostuu läpinäkyvistä mikrokapseleista, joiden sisällä olevassa vesipohjaista polymeeriä sisältävässä tummassa liuoksessa on pieniä valkoisia pigmenttipartikkeleita. Kuljettamalla partikkelit sähkömagneettisen kentän avulla kapselin pinnalle muuttuu näytön väri mustasta valkoiseksi. Ilmiötä kutsutaan elektroforeesiksi. Kehitetty tekniikka mahdollistaa pallojen applikoimisen musteena suoraan monenlaisille pinnoille, kuten paperille tai muoville, käyttäen vaikkapa perinteisiä painomenetelmiä.

Toistaiseksi vain yksivärisenä

Yhtiön verkkosivuilla korostetaan tuotteen soveltuvuutta myös ultraohuisiin näyttöihin. Pallot voidaan asettaa läpinäkyvien elektronimatriisien väliin, kuten LCD-näytöissä. Tällöin pallot muodostavat kuvapinnan pikselit, jotka heijastavat valoa passiivisesti, samaan tapaan kuin paperi.

Toistaiseksi tekniikalla on ollut mahdollista aikaansaada vain yksivärinäyttöjä. Värinäyttöjen kehittämisen on ilmoitettu kestävän kolmesta viiteen vuoteen. Nykytekniikka mahdollistaa kuvan muodostamisen uudelleen kymmenen kertaa sekunnissa, mutta tavoitteena on saavuttaa videotaajuus.

E Ink Corporation solmi lokakuussa 1999 yhteistyösopimuksen Lucent Technologies -yhtiöön kuuluvan Bellin laboratorioiden kanssa sähköpaperin valmistamiseksi. Bell Labs kehitti muutama vuosi sitten tekniikan, jolla joustavat transistoripiirit voidaan painaa silkkipainatuksen avulla suoraan muovikalvolle. Lisäämällä muovipinnalle sähkömustetta saadaan aikaan ultraohut, joustava näyttö. E Inkin mukaan perinteinen, 3000 vuotta vanha paperi on loistava materiaali, koska sillä on korkea kontrasti ja luettavuus, paperiarkin pystyy vaivatta kantamaan mukanaan ja lisäksi se ei tarvitse virtaa.

Ainoana puutteena yhtiö pitää sitä, että painojälkeä ei pysty päivittämään. Sen tavoitteena onkin kehittää paperin kaltainen näyttömateriaali, joka on ohut ja joustava. Yhtiö kutsuu sähköpaperiansa termillä “The next generation of paper – Paper 2.0”. Se uskoo, että sähkömusteella toteutettu selailtava kirja ja lehti olisi mahdollista valmistaa vuoteen 2003 mennessä.

E Ink Corporation:
http://www.eink.com/

Jali Heilmann
Tutkija
VTT Tietotekniikka / Media