خوش آمدید

کاغذ الکترونيکي نخستين بار در دهه هفتاد توسط نيک شريدان (Nick Sheridon) در مرکز تحقيقات پالوآلتوي شرکت زيراکس اختراع شد. نخستين کاغذ الکترونيكي، گايريکون (Gyricon) نام داشت و از کره‌هاي پلي‌اتيلن در اندازه‌هاي 75 تا 106ميکرومتر تشکيل شده بود. هر کره يک ذره يون‌دار است که با بار مثبت در يک سو (بخش سفيد) و بار منفي در سوي ديگر (بخش سياه) تغذيه شده بود. اين کره‌ها در بستري سيليکوني و شفاف شناور بوده و هر کره در حبابي از روغن قرار داشت تا بتواند به‌سادگي بچرخد. قطبيت ولتاژ به هر جفت الکترود نشان مي‌دهد که بخش سياه يا سفيد بالا باشد و در واقع پيکسل را سياه يا سفيد نشان مي‌دهد.

پس از اين فناوري، نمايشگرهاي الکتروفورتيک (Electrophoretic Display) تصاوير را با جابه‌جايي ذرات باردار شده در بستري الکتريکي توليد مي‌کردند.ساده‌ترين شيوه پياده‌سازي يک نمايشگر الکتروفورتيک، ذرات دي‌اکسيد تيتانيوم است که به‌قطر يک ميکرومتر در روغن هيدروکربن قرار دارند. همچنين جوهر سياه‌رنگي به روغن اضافه شده است و به ذراتي مي‌چسبد که داراي بار الکتريکي باشند. اين ترکيب بين دو ذره قرار مي‌گيرد و فاصله‌اي بين 10 تا 100 ميکرومتر را پر مي‌کند. وقتي ولتاژ به دو سطح وارد مي‌شود، ذره به‌صورت الکتروفورتيک به سمتي منتقل مي‌شود که بار مخالف دارد. وقتي ذرات در بخش جلوي صفحه نمايش حضور داشته باشند، سفيد به‌نظر مي‌رسند چرا که تياتينيوم نور را با درصد شفافيت بالايي بر مي‌گرداند. وقتي ذرات در بخش عقبي نمايشگر قرار داشته باشند، سياه به‌نظر مي‌رسند، زيرا جوهر سياه نور را به‌خود جذب مي‌کند. اگر الکترود عقبي به تعداد عناصر کوچک‌تري تبديل شود، مي‌توان بر اساس ولتاژ هر ناحيه، تصاوير پيچيده‌تر سياه و سفيد را توليد کرد.

نمايشگرهاي الکتروفورتيک از نمونه‌‌هاي مشهور کاغذ الکترونيکي است و مصرف برق بسيار پايين و ظاهر بسيار مشابه کاغذ دارند. نمايشگرهاي الکتروفورتيک در صنعت، در کتابخوان‌هاي با کيفيت آمازون کيندل، بارنزاندنوبل، سوني‌ليبريه، سوني‌ريدر و آيرکس‌ايلياد بکار مي‌رود. اين نمايشگرها از فيلم‌هاي الکتروفورتيک تشکيل شده‌اند و فناوري آن متعلق به شرکت E Ink Coroporation است. همچنين اين فناوري توسط سوني ميکروکاپ و ال‌سي‌دي‌هاي با پاسخ بالاي بريجستون نيز به‌کار رفته است.

در دهه 1990، نوع ديگري از کاغذ الکترونيکي توسط جوسف جيکبسن اختراع شد. وي بعدا شرکت E Ink را تاسيس کرد و با شرکت فيليپس دو سال بعد به قرارداد همکاري رسيد. در سال 2005 فيليپس تجارت کسب‌وکار خود را به شرکت Prive View International فروخت. يکي از نگارش‌هاي اوليه کاغذ الکترونيکي شامل برگي از کپسول‌هاي شفاف مي‌شد که هر کدام 40 ميکرومتر قطع داشتند. هر کپسول شامل جوهر سياه بود و تعداد زيادي ذرات سفيد دي‌اکسيد تيتانيوم داشت. اين ذرات به‌آرامي با بار منفي شارژ مي‌شدند و هر کدامشان هم بطور طبيعي سفيد بودند.

ميکروکپسول‌ها در لايه پليمر مايع قرار داشتند و بين دو آرايه از الکترود ساندويچ شده‌اند، دو آرايه طوري طراحي شده‌اند که کاغذ به دو برگه مجزا منتقل شود و هر برگه بسته به سياه يا سفيد بودنش به يکي از دو سمت کاغذ منتقل شود. اين توسعه باعث شد به کيفيت 80 نقطه در اينچ برسند که 2 برابر نمونه قبلي بود.

هر مداري از پيکسل‌ها به يک مدار نمايشي متصل است و وقتي يک جوهر روشن يا خاموش مي‌شود که مي‌تواند از ورود منبع ولتاژي خبر بدهد. ايجاد بار منفي براي الکترودهاي سطحي است که ذرات را از انتهاي کپسول‌هاي محلي خارج کند و کاري کند که جوهرسياه به پيکسل معيار بدهد. عده‌اي هم تلاش کرده‌اند از طريق مايکروکپسول قابليت خاموش کردن کپسول از طريق صفحه نمايش را به آن اضافه کنند.

يکي ديگر از فناوري‌هاي کاغذ الکترونيکي، فناوري نمايشگر بر اساس الکترووت (Electrowetting) است و بر مبناي کنترل آب محدود با ولتاژ مشخص است. اگر هيچ ولتاژي وارد نشود، روغن شکلي مسطح به‌خود مي‌گيرد و بين آب و آب هيدروفوبيک قرار مي‌گيرد و پيکسلي رنگي ايجاد مي‌کند. وقتي ولتاژ بين الکترود و آب وارد شود، تنش سطحي بين آب و سطح هادي برقرار مي‌شود. در نتيجه وضعيت پايداري وجود نخواهد داشت و آب روغن را به‌کنار مي‌زند و عنصر شفافي به‌جاي روغن تيره در آن پيکسل حضور خواهد داشت.

نمايشگرهاي مبتني بر الکترووتينگ چندين قابليت جذاب دارند. تغيير بين حالت سفيد و رنگي آنقدر کافي است که مي‌توان با آن به تماشاي فيلم نشست. مصرف برق و ولتاژ پاييني دارد و نمايشگرها مي‌توانند صاف و باريک ساخته شوند. بازتابش و شفافيت آنها اگر بيشتر از ديگر فناوري‌هاي کاغذ الکترونيکي نباشد، دست‌کم مساوي آنها است. به‌جاي استفاده از رنگ‌هاي قرمز، سبز و آبي براي ترکيب سه رنگ پايه، اين نوع کاغذ طوري طراحي شده است که يک ساب‌پيکسل مي‌تواند دو رنگ متفاوت را متصاعد کند. بدين ترتيب، مي‌توان يک پيکسل رنگي را در اين فناوري با دو فيلم قابل کنترل رنگي و يک فيلتر رنگ ساخت.

رنگ‌ها در اين نوع کاغذ، فيروزه‌اي، بنفش و زرد هستند و ترکيب‌بندي آنها همانند سيستمي است که در پرينترهاي جوهرافشان بکار مي‌رود.

نمايشگر‌الکتروفلويديک‌(Electrofluidic) نوعي ديگر از سيستم الکترووتينگ است. نمايشگرهاي الکتروفلويديک از دانه‌هاي رنگي آبداري استفاده مي‌کنند که درون يک مخزن کوچک قرار دارند. اين مخزن حدود 5 تا 10درصد ناحيه قابل ديد پيکسل‌ها را شامل مي‌شود و اين دانه‌هاي رنگي به‌کل از ديد پنهان هستند. از ولتاژ براي بيرون کشيدن دانه‌هاي رنگي از مخازن و پخش آنها پشت لايه نمايشي استفاده مي‌شود، در نتيجه نمايش رنگي مشابه با چاپ رنگي در کاغذ انجام خواهد شد. وقتي ولتاژ برداشته مي‌شود، سطح مايع دانه‌هاي رنگي را به مخازن کوچک خود باز مي‌گردانند. در شماره ماه مي 2009 مجله نيچر فوتونيکس، اين تکنولوژي 85 درصد بازتابش بهتري نسبت به فناوري‌هاي قديمي‌تر دارد.

فناوري‌هاي کاغذ الکترونيکي در مقايسه با نمايشگرهاي LCD، از سرعت رفرش کمتري برخوردار هستند و نمي‌توان براي اين نوع کاغذها، کاربردهاي پيچيده‌اي پيدا کرد. مثلا يک سند را نمي‌توان به ‌نرمي بزرگ‌ کرد و بايد به‌صورت کاملا عددي اين کار انجام شود. البته فناوري کاغذهاي الکترونيک هنوز نو‌پا‌ست و تلاش‌هاي بسياري براي گسترش آن در حال انجام است و حتي کاغذ الکترونيکي با قابليت انعطاف و تا شدن نيز در حال توليد است.

منابع: