Tzv. Elektronický papír v podobě elektronických čteček knih s technologií E-Ink již jsou zcela běžnou záležitostí a každý si je může koupit. Protože nevyžadují podsvícení a pracují jen na principu natočení černobílých elementů elektrostatickým polem, je jejich spotřeba minimální. Navíc se z pohledu čtenáře a jeho očí nejvíce blíží klasickému papíru a tedy nejméně čtenáře unavují (na rozdíl od klasických svítících displejů). Bohužel doposud se displeje typu „elektronický papír“ vyrábí ve většině případů v černobílém provedení.

Problematika barvy u elektronického papíru (inkoustu)

Černobílé zobrazení je dostačující pro čtení beletrie, ale pro čtení literatury typu komiks, encyklopedie, časopisy apod., které obsahují velké zastoupení obrázků a fotografií, to již znamená „návrat do minulosti“. Obrázky prostě chtějí barvu. Jenže klasická konstrukce barevných LCD či podobných displejů, kde se využívá metoda RGB barevných pixelů umístěných vedle sebe či nad sebou, není pro nepodsvícené displeje vhodná.

První případ řešení (barevné RGB pixely vedle sebe) neumožňuje při přírodním externím nasvícení dobře „složit“ finální odstín barvy (není to příjemné pro dlouhé čtení), navíc se snižuje rozlišení displeje (3 fyzické pixely = 1 barevný pixel) a stejně stále displej má velký útlum procházejícího světla.

V druhém případě (barevné RGB filtry nad sebou) se sice nesnižuje rozlišení displeje (1 pixel = 1 barevný pixel), ale každý filtr provádí útlum intenzity procházejícího světla a stíní jeden druhému. Zvláště při osvětlování pouze externím světlem, které není obvykle příliš intenzivní a navíc musí projít filtry 2x (jednou od čela displeje směrem k odrazné ploše a pak zase zpět), je prostupnost světla displejem dost nízká (displej má vysoký útlum světla). Tím výrazně klesá kontrast zobrazení i intenzita a sytost barev.

Technologie mECD

Jak tento problém vyřešit? S jedním řešením přišlo vývojové centrum společnosti Ricoh. Také ve své konstrukci, označované jako mECD (multilayered ElectroChromic Display), využívá umístění barevných filtrů nad sebou, ale ty nejsou trvale obarvené, ale jejich barva se „nahazuje“ pouze v případě, že je potřeba pro vygenerování příslušného odstínu. Jinak je vrstva filtru plně transparentní a bez barvy. Navíc se nevyužívá tmavých filtrů odstínů RGB (Red, Green, Blue), ale filtry CMY (Cyan, Magenta,Yellow), které se často využívají v barevných tiskárnách a také umožňují ve vzájemné kombinaci vygenerovat široké spektrum barev. Tyto odstíny totiž jsou světlejší než RGB a proto již sami o sobě poskytují větší prostupnost světla. Ve výsledku tak například zobrazení bílé je velmi dobré, protože světlo prochází jen transparentními (neobarvenými) plochami až na bílou odraznou plochu, tedy není tlumeno a je intenzivní. Naopak při zobrazení barevných odstínů se příslušné potřebné barevné filtry elektronicky zabarví. V případě černé barvy pak světlo prochází všemi již zabarvenými filtry CMY. Zde je sice světlo průchodem nejvíce tlumeno, ale v případě černé barvy to však nevadí. Nakonec mECD technologie umožňuje jednotlivé barevné filtry i s řízením realizovat velmi tenké (v řádu jednotek / desítek mikrometrů).

Výsledkem je pak stále vysoký kontrast zobrazení černého textu na bílém pozadí, který je u elektronických knih zásadní, ale zároveň umožňuje i zobrazovat barvy stejně kvalitně jako například klasický podsvětlený RGB LCD displej. Navíc to vše stále při minimální spotřebě energie, podobně jako aktuálně využívaný černobílý E-Ink.

Porovnání doposud užívané barevné RGB struktury (vlevo) a nové mECD struktury (vpravo).

Jak pracuje mECD ?

Základem je využívání elektrochromických materiálů, které umožňují změnit svojí barvu změnou elektrického potenciálu (cca - 2 V). Konkrétně se zde využívá zabarvení cca 1 mikrometr tenké fólie elektrochromické sloučeniny či materiálu Ti02 dále opatřené průhlednou ITO elektrodou právě pro účel přivedení elektrického napětí. Tato elektroda se chová jako anoda, která proti společné katodě vytváří řídící / ovládací napětí.

V případě barevného displeje je přímo nad sebe umístěna trojice těchto elektrochromických vrstev vzájemně vždy oddělených tenkou vrstvou průhledného izolantu SiO2, každá vrstva pak je „obarvena“ na jiný odstín, tedy tyrkysovou (Cyan), žlutou (Yellow) či purpurovou (Magenta). Společně tak vytváří kompaktní jen několik mikrometrů tenkou sendvičovou strukturu, kterou externí světlo snadno prochází. Ta je dále doplněna o bílou reflexní plochu (pro zobrazení bíle barvy) a společnou řídící kladnou elektrodu (katodu).

Barva příslušné vrstvy se vždy objeví (změní z čiré na příslušně barevnou) po připojení záporné svorky napětí na její anodu. Kladná svorka je připojena na společnou elektrodu. V tento moment se na anodě příslušné vrstvy „usadí“ el. náboj, který tam následně zůstává i po odpojení zdroje od anody a tím barva zůstává. Zobrazená barva pak zůstává na místě bez potřeby dalšího el. napájení až do „vymazaní“ odvedením náboje z anody. Pak se vrstva změní opět na čirou vrstvu.

Funkce technologie mECD - bez napětí jsou pixely čiré a jejich barva je bílá (obr. vlevo nahoře), přivedením napětí na spodní katody jednotlivých pixelů a anody jednotlivých barevných vrstev se příslušně změní barva pixelů v závislosti (ostatní obr.). Pixely zůstávají obarvené i po odpojení napájení od elektrod pixelů.

Pokud se řídící elektrody realizují jako aktivní matice elektrod, podobně jako například u TFT LCD displeje, a rozdělíme jednotlivé CMY vrstvy na „plošky“ reprezentující pixely, vznikne prakticky hotová struktura provozuschopného displeje – barevného elektrického inkoustu. Připojením el. zdroje na katodu požadovaného pixelu a anodu vrstvy požadované barvy se daný pixel obarví. Neaktivované pixely zůstávají čistě bílé. Barevné podání takto vytvořeného displeje je podobné klasickému podsvětlenému LCD displeji (viz obrázek níže).

Barevné spektrum zobrazitelné technologií mECD je podobné s barevnými LCD.

Závěr

Díky relativně snadné výrobě, kdy nanášení vrstev lze provádět již při teplotě cca 120°C a tedy lze ji aplikovat i na plastovou podložku je možné tedy vytvářet i různé ohebné a tvarované displeje. Navíc výroba není v porovnání s jinými doposud využívanými technologiemi nijak více nákladná a tedy již hned od počátku je možné vyrábět cenově dostupná zařízení, např. právě el. čtečky knih a časopisů. Odraz světla při zobrazení bílé barvy je pak cca 70%, tedy téměř jako u klasického bílého kancelářského papíru a dokonce více než u recyklovaného novinového papíru. Pro realizaci uživatelsky přívětivých elektronických čteček, s ohledem na únavu očí při čtení, jde tedy o velmi dobrou technologii, která má velkou šanci se v blízké budoucnosti uplatnit.

DOWNLOAD & Odkazy

• Stránky společnosti Ricoh - http://www.ricoh.com/
• Tohru Yashiro: "Novel Design for Color Electrochromic Display", SID11 DIGEST