กระดาษอิเล็กทรอนิกส์

กระดาษอิเล็กทรอนิกส์ () บางครั้งก็เรียกว่า อีเปเปอร์ เป็นเทคโนโลยีการแสดงผลที่เลียนแบบลักษณะการใช้หมึกบนกระดาษปกติ แต่แตกต่างจากจอแสดงผลแบบจอแบนโดยทั่วไป ตรงที่มีการใช้แบคไลต์ เพื่อให้ความสว่างแต่เซลล์ภาพ (pixel) ทำให้กระดาษอิเล็กทรอนิกส์สะท้อนแสงได้เหมือนกระดาษทั่วไป และสามารถบันทึกข้อความและภาพโดยไม่ต้องอาศัยไฟฟ้า หรือการใช้กำลังประมวลผล ขณะเดียวกันก็สามารถเปลี่ยนกระดาษได้ด้วย คุณลักษณะสำคัญอย่างหนึ่งที่จำเป็นก็คือ เซลล์ภาพจะมีเสถียรภาพด้านภาพแบบไบสเตเบิล ทให้สถานะของแต่ละเซลล์ภาพสามารถคงอยู่ โดยไม่ต้องมีการจ่ายกำลังไฟ

กระดาษอิเล็กทรอนิกส์นั้นมีการพัฒนาขึ้นมาเพื่อเอาชนะข้อจำกัดของจอมอนิเตอร์สำหรับคอมพิวเตอร์ ตัวอย่างเช่น การใช้แสงแบคไลต์ของมอนิเตอร์นั้นทำให้สายตาของมนุษย์ล้า ขณะที่กระดาษอิเล็กทรอนิกส์นั้นสะท้อนแสงคล้ายกระดาษปกติ ทำให้อ่านเมื่อวางเป็นมุมเอียงได้ง่ายกว่าอ่านจอคอมพิวเตอร์ นอกจากนี้ยังมีน้ำหนักเบา ทนทาน และโค้งงอได้มากกว่า เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีจอแสดงผลแบบอื่นๆ แม้จะไม่สามารถโค้งงอหรือยับได้เหมือนกระดาษก็ตาม

การประยุกต์ใช้งานในอนาคตนั้นคาดว่าจะมีหนังสือที่ใช้กระดาษอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งสามารถเป็นรุ่นเก็บข้อมูลดิจิตอลจากหนังสือต่างๆ มากมาย โดยมีหนังสือเพียงเล่มเดียวที่แสดงผลหน้าต่างๆ พร้อมกัน โปสเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ และโฆษณาอื่นๆ ในร้านค้านั้นได้มีการสาธิตอยู่บ้างแล้ว

สำหรับกระดาษอิเล็กทรอนิกส์นั้นไม่เหมือนกับกระดาษดิจิตอล เพราะกระดาษดิจิตอลนั้น เป็นกระดาษที่มีรูปแบบลวดลายอย่างหนึ่ง ต้องใช้กับปากกาดิจิตอล เพื่อสร้างเอกสารลายมือแบบดิจิตอล รูปแบบของจุดที่พิมพ์นั้นจะบ่งบอกโคออดิเนตที่ชัดเจนบนกระดาษ สำหรับปากกาดิจิตอลที่ใช้จะเก็บลายมือเอาไว้ และโหลดเข้าไปยังคอมพิวเตอร์

กระดาษอิเล็กทรอนิกส์นั้นมีการพัฒนาครั้งแรก ในราวทศวรรษ 1970 โดย Nick Sheridon แห่งศูนย์วิจัยแพโล แอลโต ของซีรอกซ์ กระดาษอิเล็กทรอนิกส์ชิ้นแรก เรียกว่า Gyricon ประกอบด้วยทรงกลมโพลีเอทีลีน มีขนาดระหว่าง 20-100 ไมโครเมตร แต่ละทรงกลมประกอบด้วยพลาสติกสีดำมีประจุลบที่ด้านหนึ่ง และพลาสติกสีขาวมีประจุบวกอีกด้านหนึ่ง ทรงกลมนี้ถูกฝังอยู่ในแผ่นซิลิโคนโปร่งใส แต่ละลูกจะแขวนลอยอยู่ในฟองน้ำมัน ทำให้มันสามารถหมุนไปได้โดยอิสระ สภาพขั้วของแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้ขั้วไฟฟ้าแต่ละคู่ จะพิจารณาว่าด้านขาวหรือด้านดำที่หันขึ้นด้านบน และจะทำให้พิกเซลสีดำหรือสีขาวปรากฏขึ้น

เมื่อมาถึงทศวรรษ 1990 มีการประดิษฐ์กระดาษอิเล็กทรอนิกส์อีกชนิดหนึ่งขึ้นมา โดยนายโจเซฟ จาคอบสัน (Joseph Jacobson) ซึ่งภายหลังได้ร่วยมก่อตั้งบริษัท E Ink ขึ้น และได้เป็นพันธมิตรกับ Philips Components อีกสองปีต่อมาจึงได้พัฒนาและทำตลาดเทคโนโลยีดังกล่าวขึ้นอย่างจริงจัง

เทคโนโลยีดังกล่าวนี้ใช้ไมโครแคปซูลขนาดจิ๋ว ที่บรรรจุอนุภาคระดับโมเลกุลสีขาวที่มีประจุไฟฟ้า แขวนลอยอยู่ในน้ำมันแร่มีสี กระดาษอิเล็กทรอนิกส์รุ่นแรกๆ นั้นมีวงจรที่ใช้ควบคุมว่าอนุภาคหรือขาวอยู่ที่ด้านบนของแคปซูล (ทำให้ผู้ชมเห็นเป็นสีขาว) หรือที่ด้านล่างของแคปซูล (ทำให้ผู้ชมเห็นเป็นสีของน้ำมัน) ข้อนี้เป็นจุดสำคัญ เพราะเป็นการแนะนำเทคโนโลยีจอแสดงผลแบบ Electrophoresis ขึ้นใหม่ แต่การใช้ไมโครแคปซูลทำให้มีการใช้จอแสดงผลบนแผ่นพลาสติกโค้งงอได้ แทนที่จะเป็นกระดาษ

กระดาษอิเล็กทรอนิกส์รุ่นแรกๆ แบบหนึ่งประกอบด้วยแผ่นแคปซูลโปร่งแสงขนาดเล็กมาก แต่ละแผ่นมีขนาดประมาณ 40 ไมโครเมตร แต่ละแคปซูลประกอบด้วยสารละลายเหมือนน้ำมัน มีสีย้อมสีดำ (หมึกอิเล็กทรอนิกส์) และมีอนุภาคไทเทเนียมไอออกไซด์สีขาวจำนวนมากแขวนลอยอยู่ภายใน อนุภาคเหล่านี้มีประจุไฟฟ้าลบไม่สูงนัก และแต่ละอนุภาคก็มีสีขาวโดยธรรมชาติ

แคปซูลขนาดเล็กที่เรียกว่าไมโครแคปซูลนี้ถูกยึดไว้ในชั้นผิวของพอลิเมอร์เหลว ประกบอยู่ระหว่างขั้วไฟฟ้าสองชุด ด้านบนทำด้วยอินเดียมทินออกไซด์ (ITO) เป็นโลหะนำไฟฟ้าโปร่งแสง

มีสองอาเรย์ที่ถูกเรียงทำทำให้แผ่นแคปซูลถูกแบ่งเป็นพิกเซล ซึ่งแต่ละพิกเซลจะสอดคล้องกับคู่อิเล็กโตรดที่อิ่มตัวทั้งสองด้านของแผ่น แผ่นดังกล่าวถูกเคลือบด้วยพลาสติกโปร่งแสงเพื่อป้องกันความเสียหาย ทำให้มีความหนารูปไข่ 80 ไมโครเมตร หรือสองเท่าของกระดาษธรรมดา

โครงข่ายของอิเล็กโตรดจะถูกเชื่อมต่อเข้ากับวงจรแสดงผล ซึ่งเปลี่ยนหมึกอิเล็กทรอนิกส์ให้เป็น เปิด และ ปิด ที่พิกเซลหนึ่งๆ โดยการจ่ายแรงดันไฟฟ้าไปยังคู่อิเล็กโตรดนั้นๆ การจ่ายประจุลบไปยังอิเล็กโตรดที่พื้นผิว จะผลักอนุภาคไปยังด้านล่างสุดของแคปซูลนั้นๆ เป็นการผลักสีย้อมดำไปยังพื้นผิว และทำให้เซลล์ภาพนั้นปรากฏเป็นสีดำ เมื่อมีการแปลงสลับแรงดันไฟฟ้า ก็มีผลตรงกันข้าม คือทำให้อนุภาคถูกขับจากพื้นผิว ทำให้เซลล์ภาพปรากฏเป็นสีขาว

เมื่อเร็วๆ นี้มีการใช้อิเล็กโตรดชั้นเดียวใต้ไมโครแคปซูล ซึ่งนับว่าลดความยุ่งยากลงได้เป็นอย่างมาก

กระดาษอีเปเปอร์แบบสีอย่างง่าย ประกอบด้วยฟิลเตอร์เสริมเป็นสี ขนาดบาง เพิ่มเข้าไปยังเทคโนโลยีโมโนโครม (กระดาษสีเดียว หรือขาวดำ) ที่กล่าวมาข้างต้น อาร์เรย์ของพิกเซลนั้นแบ่งเป็นแม่สี ซึ่งปกติประกอบด้วยสีแดง เขียว และน้ำเงินมาตรฐาน ในลักษณะเดียวกับมอนิเตอร์แบบ CRT จอแบบนี้จะถูกควบคุมคล้ายกับจอแสดงผลภาพสีแบบอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ

มีแนวทางการใช้กระดาษอิเล็กทรอนิกส์นี้มากมายหลายอย่าง โดยใช้ร่วมกับเทคโนโลยีที่กำลังพัฒนาร่วมของบริษัทต่างๆ ที่มีความสนใจและชำนาญในสาขานี้ เทคโนโลยีด้านอื่นๆ ที่ถูกประยุกต์เข้ากับกระดาษอิเล็กทรอนิกส์ได้แก่ การปรับปรุงจอแสดงผลแบบผลึกเหลว (liquid crystal display : LCD), จอแสดงผลอิเล็กโตรโครมิก (electrochromic display) และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ จาก Etch-A-Sketch ที่มหาวิทยาลัยคิวชู ประเทศญี่ปุ่น

Gyricon ได้พัฒนากระดาษอิเล็กทรอนิกส์อีกแบบหนึ่ง ร่วมกับ Philips Electronics, Kent Displays (จอแสดงผลคอเลสเตอริก), Nemoptic (เทคโนโลยี bistable nematic - BiNem), NTERA (จอแสดงผล electrochromic NanoChromics), E Ink และ SiPix Imaging (electrophoretic) และอื่นๆ อีกมาก

E Ink Corporation ได้ร่วมงานกับบริษัทต่างๆ เช่น Phillips และ Sony เพื่อพัฒนาการประยุกต์ใช้ในเชิงพาณิชย์ ทั้งยังประกาศเมื่อเดือนตุลาคม ค.ศ. 2005 ว่า จะเริ่มจัดส่ง shipping developer kits เป็นกระดาษอิเล็กทรอนิกส์ ความละเอียด 800 x 600 ขนาด 6 นิ้ว ในวันที่ 1 พฤศจิกายน 2005 และวันที่ 14 – 15 กรกฎาคม ค.ศ. 2005 Fujitsu ได้แสดงกระดาษอิเล็กทรอนิกส์ที่ตนร่วมพัฒนา ที่ Tokyo International Forum โดยมีการใช้กำลังไฟต่ำ และไม่ต้องการไฟฟ้า เว้นแต่ในช่วงการเปลี่ยนภาพบนจอเท่านั้น ทำให้กระดาษเล็กทรอนิกส์เหมาะสมเป็นพิเศษ สำหรับเป็นแผ่นป้ายโฆษณา หรือป้ายแจ้งข่าวสารในสถานที่สาธารณะ แทนที่กระดาษที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน

ในประเทศจีนให้ความสำคัญของเทคโนโลยีนี้ ด้วยจัดเป็นวิสาหกิจ กระดาษอิเล็กทรอนิกส์ iRex