E-knihy v barvě

Na vlně zájmu o iPod, Kindle a spol. se nyní vezou i klasické e-booky – elektronické čtečky knih. Chip vám představí technologii, která do e-booku "přinese" barvu.
THOMAS LITTSCHWAGER, PETR KRATOCHVÍL

Není to tak dávno, co byly čtečky elektronických knih záležitostí pouze pro nadšené bibliofily a geeky. Situaci ale rapidně změnil Amazon se svou internetovou prodejnou e-knih a čtečkou Kindle. Olej do ohně ještě přilil Apple, který chce vybudovat knihkupectví á la iTunes pro svůj iPad. Díky těmto gigantům stoupl zájem i o klasické čtečky (Hanlin, Bookeen, Sony). Ty však mají v očích některých uživatelů podstatnou nevýhodu - chybí jim barevný displej. Jejich pár stupňů šedi sice pro klasické knížky stačí, ale u obrazových publikací, časopisů, nebo dokonce dětských knížek může být zobrazení obsahu nepoužitelné. Technologie elektronického inkoustu zkrátka doposud barvy "neuměla" a barevné LCD displeje s podsvícením (jako například u iPadu) nabídnou pouze relativně krátkou životnost v řádu hodin.
Bylo tedy otázkou času, kdy se někdo pokusí vyrobit barevný "elektronický inkoust". Nyní existují tři různé technologie nabízející "e-book" s barvou. Ne každá ale dokáže skloubit atraktivní barevný zážitek s nízkou spotřebou energie a s rychlostí dostatečnou pro přehrávání videa. I přes některé nedostatky však e-booky nepřecházejí na LCD (jako iPad), ale většina z nich využívá technologii barevného e-inkoustu. Ta je založena na principu elektroforézy (viz grafika výše), tj. pohybu elektricky nabitých částic v kapalině.

Elektroforéza: Barevná kuličková pera

V rámci této technologie najdete e-inkoust jako tmavou tekutinu ve speciálních "kapslích". V této kapalině se vznáší mnoho drobných mikrokapslí, které se ve světle silně odrážejí, a proto se jeví jako bílé. Tyto částice jsou elektricky nabité. Mikrokapsle se pohybují mezi dvěma vodivými deskami, přičemž ta horní, viditelná, je vyrobena z průhledného materiálu. Pokud jsou desky nabity, částice se mezi nimi pohybují podle principů elektroforézy. Plují-li blíže k horní straně, odráží dopadající světlo a bod se zdá bílý. Naopak je-li částice na dolní straně, světlo je pohlceno tmavou transportní kapalinou a bod se zobrazí jako černý. Velkou výhodou této technologie je fakt, že částice zůstávají ve své pozici tak dlouho, dokud se na protilehlé desce neaplikuje opačné napětí. To znamená, že i dlouhodobé zobrazení stránky e-knihy nespotřebovává elektrickou energii - ta se spotřebuje jen při otočení stránky. Takový materiál se nazývá bistabilní. Tato technologie může být relativně snadno upravena i pro barvy. K horní straně desky je připojen barevný filtr pro každou kapsli – červenou, zelenou nebo modrou. Odražené světlo se tedy neobjevuje jako bílé, ale v barvě z filtru. Tímto způsobem můžete "složením" zobrazit téměř libovolnou barvu, stejně jako v případě LCD obrazovky.
                                                                                                       Barevný e-papír je pro čtečky e-knih klíčový
Nicméně elektroforéza má zásadní nevýhodu: částice se pohybují příliš pomalu, takže změna pixelu trvá příliš dlouho. To znamená, že doba "otočení" stránky v e-knize se může pohybovat i v řádech stovek milisekund – to tuto technologii činí zcela nevhodnou například pro přehrávání videa. Navíc je zobrazení obrázku (především jeho jas a kontrast) ovlivněno tím, že pro jednu barvu může být použita jen třetina pixelů.

Electrowetting – olej v pohybu

Při nasazení tzv. electrowetting technologie se používá směs vody a oleje (viz grafika výše) – najdete ji například v displejích Liquavista. Kapsle obsahující vodu má na spodní straně velmi světlé, téměř bílé pozadí. Průhledné elektrody jsou na horní straně pouzdra a nad pozadím. Hlavním "lákadlem" technologie je však barevný olej. Pokud není mezi elektrodami napětí, olej pokrývá celou spodní plochu kapsle a odražené světlo se objeví v barvě oleje. Jakmile je na elektrody přivedeno napětí, olej se zmenší do malé kapky na okraji a viditelnou se stává především bílá reflexní vrstva – kapsle se zobrazí jako bílá. Další barvy získáte tím, že zkombinujete různé barvy olejů v rámci tobolek ležících poblíž (tzv. "subpixelů"). Byla též vyvinuta třívrstvá varianta se třemi různými barvami tobolek nad sebou, kde je barva vytvořena "smícháním" barev jednotlivých olejových kapslí. Výhodou "electrowetting" technologie je relativní výrobní nenáročnost, displeje mají velmi elegantní design a při přepínání dosahují rychlosti nižší než 50 milisekund. To už postačí na relativně kvalitní a plynulé přehrání videa s 25 snímky za sekundu (jeden snímek každých 40 milisekund). Minusem technologie "electrowetting" je to, že není tzv. bistabilní. Aby se tedy olej udržel tam, kde má, musí být "pod napětím", což ve finále snižuje životnost baterie.

Interference: Pohyblivé desky

Jednou z nejslibnějších technologií pro barevný e-papír je displej "Mirasol" (také nazývaný Imod – Interferometric Modulator Display), používaný například v mobilních telefonech Qualcomm. Barva je v tomto případě vytvořena pomocí interference. Princip je následující: Světlo dopadá na reflexní membrány pouze přes skleněný substrát. Na základě vzdálenosti mezi sklem a membránou se mění vlnová délka světla. Vznikající světlo se poté objeví v konkrétní barvě, například červené.
Díky tomu se celý element jeví jako červený. Pomocí změny elektrického napětí na membráně se mění i reflexní vrstva. Změna reflexní vrstvy mění vlnovou délku světla až do extrému, kdy se vlnová délka blíží k ultrafialové oblasti, a není již tedy viditelná pouhým okem, poté se bod zobrazí jako černý. I tato technologie umožňuje vytvářet barvy díky různě barevným subpixelům. Technologie Imod je bistabilní, extrémně rychlá (přepínání je v řádech několik nanosekund) a spotřebuje méně elektřiny než konkurenční technologie. Díky těmto výhodám mohou být na stránkách e-booků s minimální spotřebou snadno zobrazeny jak texty, tak i videa. V současnosti jsou k dispozici pouze prototypy, první plně barevné e-booky využívající technologii Imod by měly být na trhu na konci roku 2010.


ELEKTROFORÉZA
(Kindle, Sony Reader)
Bílé, elektricky nabité částice se vznášejí v boxech s tmavě zbarvenou kapalinou. Při použití napětí se částice pohybují buď směrem nahoru (bod je barevný), nebo dolů (bod je černý).

ELECTROWETTING
(LG Philips)
Rovnoměrně rozložená bílá vrstva, pokrytá barevným olejem – standardně se pixel zobrazí barevně. Po přivedení napětí se olej zmenší na kapku a kapsle se objeví jako bílá.

INTERFERENCE MODULATION
(Qualcomm)
Dopadající světlo je mezi reflexními deskami upraveno tak, že v závislosti na vzdálenosti může být vidět pouze konkrétní monochromatické světlo. Pokud je vzdálenost nulová, prvek se objeví jako černý.