خواندنی‌های آینده با کاغذ الکترونیکی

برای ایجاد کاغذ الکترونیکی، فناوری‌های مختلفی وجود دارد، برخی از این فناوری‌ها از لایه‌های پلاستیکی و الکترونیکی استفاده می‌کنند تا صفحه‌نمایش منعطف باشد. همچنین کاغذ الکترونیکی بهتر از دیگر نمایشگرهای متداول امروزی برای خواندن متون است. چرا که در این فناوری، تصویر ثابت است و نیازی نیست به‌طور مداوم رفرش شود. همچنین زاویه دید این کاغذ وسیع‌تر از نمایشگرهای کریستال مایع است. در نهایت این که این کاغذ نور محیط را برمی‌گرداند و خودش نور تولید نمی‌کند، از برتری‌های آن نسبت به دیگر نمایشگرها ست. همچنین کاغذ الکترونیکی را می‌توان زیر نور مستقیم آقتاب گرفت و متون آن کمرنگ نمی‌شوند. میزان کنتراست این کاغذها از سال 2008 به‌بعد، همانند روزنامه است و فناوری‌های جدیدتر از آن نیز بهتر شده‌اند. همچنین میان تولیدکنندگان این نوع کاغذ رقابت شدیدی است که نوع رنگی آن را به‌بازار عرضه کنند.

کاغذ الکترونیکی کاربردهای زیادی دارد. به‌عنوان مثال از کاغذ الکترونیکی می‌توان در جداول زمانی، بیل‌بوردهای الکترونیکی، برچسب قیمت‌ها در فروشگاه‌ها، تلفن موبایل و کتابخوان‌های الکترونیکی استفاده کرد. کاغذ الکترونیکی را نباید با کاغذ دیجیتال اشتباه گرفت، کاغذ دیجیتال برای ایجاد سندهای دیجیتال با قلم دیجیتال است.

کاغذ الکترونیکی نخستین بار در دهه هفتاد توسط نیک شریدان (Nick Sheridon) در مرکز تحقیقات پالوآلتوی شرکت زیراکس اختراع شد. نخستین کاغذ الکترونیکی، گایریکون (Gyricon) نام داشت و از کره‌های پلی‌اتیلن در اندازه‌های 75 تا 106میکرومتر تشکیل شده بود. هر کره یک ذره یون‌دار است که با بار مثبت در یک سو (بخش سفید) و بار منفی در سوی دیگر (بخش سیاه) تغذیه شده بود. این کره‌ها در بستری سیلیکونی و شفاف شناور بوده و هر کره در حبابی از روغن قرار داشت تا بتواند به‌سادگی بچرخد. قطبیت ولتاژ به هر جفت الکترود نشان می‌دهد که بخش سیاه یا سفید بالا باشد و در واقع پیکسل را سیاه یا سفید نشان می‌دهد.

پس از این فناوری، نمایشگرهای الکتروفورتیک (Electrophoretic Display) تصاویر را با جابه‌جایی ذرات باردار شده در بستری الکتریکی تولید می‌کردند.ساده‌ترین شیوه پیاده‌سازی یک نمایشگر الکتروفورتیک، ذرات دی‌اکسید تیتانیوم است که به‌قطر یک میکرومتر در روغن هیدروکربن قرار دارند. همچنین جوهر سیاه‌رنگی به روغن اضافه شده است و به ذراتی می‌چسبد که دارای بار الکتریکی باشند. این ترکیب بین دو ذره قرار می‌گیرد و فاصله‌ای بین 10 تا 100 میکرومتر را پر می‌کند. وقتی ولتاژ به دو سطح وارد می‌شود، ذره به‌صورت الکتروفورتیک به سمتی منتقل می‌شود که بار مخالف دارد. وقتی ذرات در بخش جلوی صفحه نمایش حضور داشته باشند، سفید به‌نظر می‌رسند چرا که تیاتینیوم نور را با درصد شفافیت بالایی بر می‌گرداند. وقتی ذرات در بخش عقبی نمایشگر قرار داشته باشند، سیاه به‌نظر می‌رسند، زیرا جوهر سیاه نور را به‌خود جذب می‌کند. اگر الکترود عقبی به تعداد عناصر کوچک‌تری تبدیل شود، می‌توان بر اساس ولتاژ هر ناحیه، تصاویر پیچیده‌تر سیاه و سفید را تولید کرد.

نمایشگرهای الکتروفورتیک از نمونه‌‌های مشهور کاغذ الکترونیکی است و مصرف برق بسیار پایین و ظاهر بسیار مشابه کاغذ دارند. نمایشگرهای الکتروفورتیک در صنعت، در کتابخوان‌های با کیفیت آمازون کیندل، بارنزاندنوبل، سونی‌لیبریه، سونی‌ریدر و آیرکس‌ایلیاد بکار می‌رود. این نمایشگرها از فیلم‌های الکتروفورتیک تشکیل شده‌اند و فناوری آن متعلق به شرکت E Ink Coroporation است. همچنین این فناوری توسط سونی میکروکاپ و ال‌سی‌دی‌های با پاسخ بالای بریجستون نیز به‌کار رفته است.

در دهه 1990، نوع دیگری از کاغذ الکترونیکی توسط جوسف جیکبسن اختراع شد. وی بعدا شرکت E Ink را تاسیس کرد و با شرکت فیلیپس دو سال بعد به قرارداد همکاری رسید. در سال 2005 فیلیپس تجارت کسب‌وکار خود را به شرکت Prive View International فروخت. یکی از نگارش‌های اولیه کاغذ الکترونیکی شامل برگی از کپسول‌های شفاف می‌شد که هر کدام 40 میکرومتر قطع داشتند. هر کپسول شامل جوهر سیاه بود و تعداد زیادی ذرات سفید دی‌اکسید تیتانیوم داشت. این ذرات به‌آرامی با بار منفی شارژ می‌شدند و هر کدامشان هم بطور طبیعی سفید بودند.

میکروکپسول‌ها در لایه پلیمر مایع قرار داشتند و بین دو آرایه از الکترود ساندویچ شده‌اند، دو آرایه طوری طراحی شده‌اند که کاغذ به دو برگه مجزا منتقل شود و هر برگه بسته به سیاه یا سفید بودنش به یکی از دو سمت کاغذ منتقل شود. این توسعه باعث شد به کیفیت 80 نقطه در اینچ برسند که 2 برابر نمونه قبلی بود.

هر مداری از پیکسل‌ها به یک مدار نمایشی متصل است و وقتی یک جوهر روشن یا خاموش می‌شود که می‌تواند از ورود منبع ولتاژی خبر بدهد. ایجاد بار منفی برای الکترودهای سطحی است که ذرات را از انتهای کپسول‌های محلی خارج کند و کاری کند که جوهرسیاه به پیکسل معیار بدهد. عده‌ای هم تلاش کرده‌اند از طریق مایکروکپسول قابلیت خاموش کردن کپسول از طریق صفحه نمایش را به آن اضافه کنند.

یکی دیگر از فناوری‌های کاغذ الکترونیکی، فناوری نمایشگر بر اساس الکترووت (Electrowetting) است و بر مبنای کنترل آب محدود با ولتاژ مشخص است. اگر هیچ ولتاژی وارد نشود، روغن شکلی مسطح به‌خود می‌گیرد و بین آب و آب هیدروفوبیک قرار می‌گیرد و پیکسلی رنگی ایجاد می‌کند. وقتی ولتاژ بین الکترود و آب وارد شود، تنش سطحی بین آب و سطح هادی برقرار می‌شود. در نتیجه وضعیت پایداری وجود نخواهد داشت و آب روغن را به‌کنار می‌زند و عنصر شفافی به‌جای روغن تیره در آن پیکسل حضور خواهد داشت.

نمایشگرهای مبتنی بر الکترووتینگ چندین قابلیت جذاب دارند. تغییر بین حالت سفید و رنگی آنقدر کافی است که می‌توان با آن به تماشای فیلم نشست. مصرف برق و ولتاژ پایینی دارد و نمایشگرها می‌توانند صاف و باریک ساخته شوند. بازتابش و شفافیت آنها اگر بیشتر از دیگر فناوری‌های کاغذ الکترونیکی نباشد، دست‌کم مساوی آنها است. به‌جای استفاده از رنگ‌های قرمز، سبز و آبی برای ترکیب سه رنگ پایه، این نوع کاغذ طوری طراحی شده است که یک ساب‌پیکسل می‌تواند دو رنگ متفاوت را متصاعد کند. بدین ترتیب، می‌توان یک پیکسل رنگی را در این فناوری با دو فیلم قابل کنترل رنگی و یک فیلتر رنگ ساخت.

رنگ‌ها در این نوع کاغذ، فیروزه‌ای، بنفش و زرد هستند و ترکیب‌بندی آنها همانند سیستمی است که در پرینترهای جوهرافشان بکار می‌رود.

نمایشگر‌الکتروفلویدیک‌(Electrofluidic) نوعی دیگر از سیستم الکترووتینگ است. نمایشگرهای الکتروفلویدیک از دانه‌های رنگی آبداری استفاده می‌کنند که درون یک مخزن کوچک قرار دارند. این مخزن حدود 5 تا 10درصد ناحیه قابل دید پیکسل‌ها را شامل می‌شود و این دانه‌های رنگی به‌کل از دید پنهان هستند. از ولتاژ برای بیرون کشیدن دانه‌های رنگی از مخازن و پخش آنها پشت لایه نمایشی استفاده می‌شود، در نتیجه نمایش رنگی مشابه با چاپ رنگی در کاغذ انجام خواهد شد. وقتی ولتاژ برداشته می‌شود، سطح مایع دانه‌های رنگی را به مخازن کوچک خود باز می‌گردانند. در شماره ماه می 2009 مجله نیچر فوتونیکس، این تکنولوژی 85 درصد بازتابش بهتری نسبت به فناوری‌های قدیمی‌تر دارد.

فناوری‌های کاغذ الکترونیکی در مقایسه با نمایشگرهای LCD، از سرعت رفرش کمتری برخوردار هستند و نمی‌توان برای این نوع کاغذها، کاربردهای پیچیده‌ای پیدا کرد. مثلا یک سند را نمی‌توان به ‌نرمی بزرگ‌ کرد و باید به‌صورت کاملا عددی این کار انجام شود. البته فناوری کاغذهای الکترونیک هنوز نو‌پا‌ست و تلاش‌های بسیاری برای گسترش آن در حال انجام است و حتی کاغذ الکترونیکی با قابلیت انعطاف و تا شدن نیز در حال تولید است.

منابع: