eInk und ePaper: Eine kurze Einführung

Wie alles begann …

Der ursprüngliche Gedanke an ein elektronisches Papier steht in Gemeinsamkeit mit den Entwicklungen in der Displayforschung. Bereits in den siebziger Jahren dachte man daran, die Vorteile, die das herkömmliche Papier mit sich brachte, mit elektronischen Informationen zu verbinden. Die typischen Charakteristika des Papiers wie z.B. der hohe Kontrast, die gute Lesbarkeit, die Unabhängigkeit des Lesewinkels und der nicht vorhandene Energieverbrauch in Verbindung mit mobilem Informationsaustausch stellten den optimalen Weg der Informationsaufnahme dar.Diese Idee wurde 1998 von Nicholas K. Sheridon mit Gründung der Firma Gyricon Media als Ableger der Firma Xerox Palo Alto Research Center (Cerox PARC) wieder aufgenommen und intensiviert. Zeitgleich forschte eInk (Ableger des Massachusetts Institute of Technoloy - MIT) an einer sehr ähnlich aufgebauten Technologie. 

Die Technologien im Überblick

ePaperDas in eReader verwendete ePaper wird auch als EPD (Electronic Paper Display) bezeichnet. Es imitiert die Beschaffenheit echten Papiers, dessen Leichtigkeit, Kontrast und (zumindest bei Prototypen) dessen Flexibilität.ePaper wird technisch realisiert durch das Prinzip der Elektrophorese in einem bistabilen Display. Bistabil bedeutet, dass nur zwei mögliche stabile Zustände eingenommen werden können (der Wechsel von einem in den anderen Zustand wird von einem äußeren Impuls erzeugt). Ein (Schrift-) Bild wird so lange angezeigt, bis es durch eine äußere Anregung wieder verändert wird. Energie wird also nur für den Wechsel zwischen den beiden Zuständen benötigt. Hier liegt der besondere Vorteil in der sehr langen Akkulaufzeit bei eReader. 

Elektrophorese

Das Prinzip der Elektrophorese ist derzeit die einzige Möglichkeit, bistabiles ePaper herzustellen. Dabei werden kleinste Kügelchen oder Partikel (ca. 1 μm) durch das Anlegen einer Spannung zwischen zwei elektrisch leitfähigen Glasplatten bzw. Folien bewegt. Oben liegt die Frontplane (der für den Betrachter sichtbare Bereich), unten die reflektierende Backplane mit der Steuerelektronik. Das Display ist insgesamt weniger als 300 μm dick und wirkt mittels Reflektivtechnik – genau wie bei echtem Papier kann der Betrachter nur etwas erkennen, wenn Licht auf die Oberfläche fällt.Dies ermöglicht einen weiteren Betrachtungswinkel, als ihn z.B. Computermonitore bieten. 

Wirkprinzip der Elektrophorese

Zwischen den beiden Elektroden-Platten befinden sich mit Flüssigkeit gefüllte durchsichtige Kügelchen, in denen positiv und negativ geladene Pigmente schwimmen. Diese sind schwarz und weiß gefärbt. Wenn eine elektrische Ladung an die Elektroden angelegt wird, bewegen sich die Pigmente gemäß der Ladung nach oben oder unten, so dass auf dem Display ein (Schrift-) Bild entsteht. Realisiert wird dies durch eine Matrix in den Steuerelementen, die jeden einzelnen Bildpunkt anspricht. Das Zusammenwirken von elektrischer Spannung und geladenen Pigmenten, deren Anordnung immer wieder verändert werden kann, wird auch als eInk bezeichnet. Eine Variante von eInk wird ohne farbige Pigmente realisiert. Die Kugeln selbst sind schwarz und weiß eingefärbt, durch Anlegen von elektrischen Ladungen drehen sie sich zwischen den Elektroden, so dass entweder die schwarze oder die weiße Seite oben liegt und das entsprechende Bild zeigt. 

Electrochrome & Electrowetting

Neben der Elektrophorese wurden noch zwei weitere Verfahren entwickelt, um elektronisches Papier zu realisieren. Beim Elektrochrome-Verfahren (ePyrus der Firma Siemens), wird durch eine Redox-Reaktion eine farbige Polymerschicht verändert, was zu einer Farbveränderung führt. Hier sind jedoch einzelne Bildpunkte derzeit noch nicht direkt ansprechbar.Das Electrowetting-Verfahren arbeitet mit Ölen, deren Oberflächenspannung durch elektrische Ladung verändert wird. In Displays mit dieser Technik befinden sich Wasser und Öl in einer kleinen Kapsel – wird ein elektrisches Feld angelegt, wird das Öl komprimiert und kann eine darunter liegende Farbschicht freigeben. Dies erfordert allerdings eine permanente Energieversorgung – das Display ist somit nicht bistabil. 

Blick in die Zunkunft

Die eBook-Technologie der Zukunft ist heute wahrscheinlich gar nicht mehr all zu weit entfernt, da alle Firmen, die sich nur in irgendeiner Weise mit eBooks, Readern und elektronischer Tinte beschäftigen, wie Bridgestone (ja, es ist wirklich der Reifenhersteller gemeint), Spring Design und Plastic Logic Limited, um nur einige zu nennen, intensiv forschen und immer neue Produkte auf den Markt bringen. Die meisten eReader werden wohl den Netbooks oder eher den Tablet-PCs in Optik und Bedienung sehr ähneln. So haben die meisten Innovationen meist ein LC-Display und zusätzlich ein Display mit eInk, wie zum Beispiel der »Alex« von Spring Design. Diese Funktionen machen es möglich,im Web zu browsen, entsprechende Applikationen wie z.B. Gmail und soziale Netzwerke wie Facebook oder Twitter zu nutzen. Auch die Bedienung wird eher an einen Tablet-PC erinnern, da es in den meisten Fällen eine in einem Touchpad integrierte Tastatur geben wird.

eInk ist noch lange nicht das Nonplusultra

Aber bei aller Ähnlichkeit zum Tablet ist auch die Entwicklung des »flexiblen« ePapers nicht außer Acht zu lassen. So brachte die Firma Bridgestone im April 2010 ein Display heraus, welches in Optik und Funktionen zum ersten Mal einem LC-Display nahe kommt. Es ist flach, leicht, langlebigund flexibel. Die Darstellung von Farbe erfolgt über ein neues Photophoretisches Verfahren, welches nicht mit eInk, sondern mit der Verwendung von speziellem Pulver erfolgt. Bei diesem Verfahren werden verschiedene Farbfilter hintereinander geschaltet und durch eine Ripstruktur wird sichergestellt, dass die Bildpunkte auch beim Biegen des ePapers ihren Standort beibehalten,um Bildstabilität zu gewährleisten.

Das heißt, dass eInk noch lange nicht das Nonplusultra ist.Was bisher größtenteils nur in schwarz/weiß vertreten war, geht also demnächst auch in Farbe. Derzeit existieren Geräte, welche bis zu 4096 Farben darstellen können, Tendenz steigend. Und auch der Absatz von eBooks wird wahrscheinlich weiterhin gesteigert. Laut einer Umfrage des Marktforschungsunternehmen Forrester Research werden allein in den USA im Jahr 2010 über sechs Millionen verkaufte Lesegeräte erwartet.

Zwar steckt die neue Technik noch mehr oder weniger in den Kinderschuhen, aber wenn man bedenkt, wie schnell sich die bisherigen Geräte, wie Kindle und Sony in den letzten Jahren entwickelt und weiterentwickelt haben, ist es nur noch eine Frage der Zeit, bis auch diese ausgereift, weiterentwickelt und endgültig auf dem Markt etabliert sind.