Elektronický papír: Co je e-ink displej a jaké je jeho využití?

Poté co v roce 2007 Amazon představil svůj první Kindle na bázi elektronického inkoustu, rozpoutala se revoluce digitálního čtení.

Co ale vlastně technologie elektrického papíru vlastně je? A v čem je pro zaryté čtenáře tak přínosná?

Právě do této problematiky se nyní ponoříme, vysvětlíme si, co je elektronický papír a co e-ink, kde všude se s nimi můžete potkat, jaké jsou současné typy displejů a v čem tkví jejich výhody a nevýhody.

Co je elektronický papír (e-ink)?

Elektronický papír, dnes běžně označován jako e-ink, je technologie displeje, která se velmi blíží vzhledu inkoustu na papíře.

Oproti jiným způsobům zobrazování digitálního obrazu nejsou částice elektronického inkoustu osvětleny podsvícením, ale odrážejí okolní světlo jako papír.

Navíc je obraz elektronického papíru statický. To znamená, že jeho obraz nevyžaduje žádnou elektrickou energii, aby si zachoval svoji formu. Elektřina je potřeba jen v případě, kdy se má obraz displeje změnit na něco jiného.

Jaký je rozdíl mezi E-Inkem a elektronickým papírem?

E-ink je původně název pro konkrétní technologii elektronického papíru a zároveň pro společnost E Ink Corporation. Ta tuto technologii začala jako první komerčně využívat a dnes je lídrem v tomto oboru.

Ovšem v dnešní době se pojem e-ink používá jako obecné označení elektronického papíru a ve většině případů je tak můžete brát jako synonyma.

Technologie elektronického papíru

Elektronický papír se samozřejmě neustále vývíjí, a tak se v historii měnily i používané technologie:

Gyricon byl poprvé vyvinut už v 70. letech minulého století společností Xerox, ale veřejnosti byl představen až v roce 2008 na výstavě FPD. Skládá se z malých plastových kuliček zavěšených v silikonové fólii a zalitých olejem, což umožňuje jejich volnou rotaci a tudíž změnu obrazu.
EPD, neboli elektroforetické displeje, byly vyvinuty na MIT v 90. letech a komercializovány společností E Ink Corporation. Dnes jsou asi nejpoužívanější technologií. Fungují na základě přeskupování nabitých pigmentových částic působením elektrického náboje, přičemž je lze obohatit i o barevné filtry.
EWD, electrowetting displays (dalo by se přeložit jako “elektromáčecí displeje”), využívají napětí k ovládání tvaru vody/oleje v omezeném prostoru, čímž se vytváří barevné pixely. Je to tedy technologie, která umožňuje vznik barevných displejů.
Mirasol (interferometrický modulátor) rovněž dokáže vytvářet barevný obraz, a to pomocí rušení odražených paprsků světla.
Plazmonický displej využívá vodivé polymery a plazmonické nanostruktury ke vzniku elektronického papíru. Je výrobně dražší, ale nabízí širokou paletu barev, s vysokým kontrastem a rychlou odezvou.

Kde se všude používají e-ink displeje?

E-inkové displeje jsou neodmyslitelně spojené hlavně s elektronickými čtečkami knih. Poprvé je proslavil Amazon se svou první čtečkou Kindle, ale brzy se přidaly další výrobci, jako PocketBook, Kobo nebo Onyx.

V poslední době se e-inkové displeje testují i v dalších elektronických zařízeních, jako jsou chytré telefony, tablety, hodinky a dokonce i monitory.

Nicméně e-inkové displeje lze nalézt všude tam, kde je potřeba vysokokontrastního zobrazení s nízkou energetickou náročností.

Můžete je tak vidět i na digitálních bilboardech nebo štítkách v supermarketech. E-inkový displej se dokonce testuje v Praze na tramvajové zastávce Nádraží Vysočany. Slouží jako tabule jízdního řádu, kterou lze ovládat a měnit i na dálku.

Verze e-ink displejů

I samotné e-ink displeje používané ve čtečkách se v čase měnily a dodnes se stále vyvíjí. Především co se týče rozlišení, kontrastu, rychlosti odezvy a také možnosti zobrazení barev.

Gallery

Gallery, respektive její třetí aktualizace, Gallery 3, je současně nejnovější technologie e-inkových, barevných displejů.

Ta byla oznámená v prosinci 2022 a oproti Kaleido nabízí až 50 tisíc odstínů barev s hustotou pixelů 300 ppi a rychlejší odezvou panelu.

První čtečky s tímto displejem by se měly dostat na trh v roce 2023, přičemž PocketBook již oznámil svoji vlajkovou loď PocketBook Viva.

Kaleido

Kaleido je druhá generace barevných e-inků.

Byla oznámena v prosinci 2019 a oproti starší barevné verzi Triton je daleko levnější, díky použití plastových filtrů. Tyto displeje využívají například čtečky Onyx Boox Poke 2 Color nebo PocketBook 633 Color.

Existuje také vylepšení v podobě Kaleido Plus (někdy označována jako New Kaleido nebo Kaleido 2). Ta vylepšuje barevné filtry a umožňuje nasazení do čteček s větší úhlopříčkou jako například PocketBook 741 InkPad Color.

Carta

Carta je stále nejrozšířenějším typem e-ink displejů, který se neustále vylepšuje a zdokonaluje.

Jedná se o čtvtou generaci e-inků, třetí v rámci černobílých displejů, která byla uvedena v lednu 2013. Na 6palcových čtečkách, jako třeba Kindle Paperwhite 2, PocketBook 626 Touch Lux 3 nebo Kobo Nia, nabízela rozlišení 1024×768 pixelů s 212 ppi.

Netrvalo ale dlouho a byla postupně nahrazena verzí Carta HD, která ještě navýšila jemnost zobrazení, díky většímu počtu pixelů na palec, v hodnotě 300 ppi. Tyto displeje najdete na těch nejoblíbenějších čtečkách, jakými jsou Kindle Paperwhite 4 a Oasis 3, PocketBook 632 Touch HD 3 nebo Kobo Glo HD.

V současnosti nejnovější iterací je verze Carta 1200, která byla představena v roce 2001, a nabízí ještě rychlejší odezvu a vyšší kontrast. Tímto displejem jsou osazeny novinky jako Kindle Paperwhite 5, PocketBook Era nebo Kobo Elipsa.

Mobius

V květnu 2013 byl oznámen poněkud nestandardní displej s názvem Mobius. Ten byl ojedinělý v tom, že byl zcela plastový a díky tomu více odolný a hlavně ohýbatelný.

Tato verze tak nacházela využití spíše v jiných zařízeních než u čteček knih, ale i tak jste na ní mohli narazit například u čteček Sony DPT-S1, PocketBook CAD Reader Flex nebo Onyx Boox Max 3.

Triton

Triton byla třetí generace e-ink displejů, představená v listopadu 2010, a první generace, která dokázala zobrazit barvy.

Celkově však byla velmi drahá a kvůli tomu se tolik nedostala do obecného povědomí. Využívaly ji první barevné čtečky jako PocketBook 801 Color Lux, Ectaco Jetbook Color nebo Hanvon Color E-Reader.

V roce 2013 se dočkala aktualizace v podobě Tritonu 2, který používal obdélníkové pixely a přinášel zabudované osvětlení. Vidět jste ho mohli například na čtečce Jetbook Color 2.

Pearl

Druhá generace e-ink displejů s označením Pearl byla velkým hitem a v červenci 2010 tak stála za masivním rozšířením čteček knih.

Používaly ji legendární čtečky jako Amazon Kindle 3 (Keyboard) nebo Kindle Touch, Sony Reader Touch, Nook Simple Touch, Kobo Mini, Onyx Boox M90 nebo PocketBook 614 Basic 2 či 622 Touch.

Posléze byla nahrazena displejem s jemnějším rozlišením a vyšším kontrastem, Pearl HD. Ten stál za zrodem prvního Kindle Paperwhite a našli jste ho také v Bookeen Cybook Ocean, Kobo Aura HD nebo PocketBook 615 Basic Lux.

Vizplex

V květnu 2007 byl představen e-ink Vizplex (v té době jen E-ink), který jako první generace e-inků všechno odstartoval.

Byly jím vybaveny všechny prvotní čtečky, ať už jde o první Kindly, PocketBooky 301 a 306 New Plus, Kobo eReader či Sony PRS-300 nebo PRS-505.

Výhody e-ink displeje

E-ink má řadu výhod, která ho pro určité činnosti řadí výše než ostatní technologie displejů.

Jaké to tedy jsou?

Méně namáhá oči

Asi největší výhoda e-ink displejů je to, jak působí na naše oči.

Díky tomu, že není displej podsvícený, jako například displeje monitorů nebo telefonů, nejsou vaše oči vystaveny žádné záři, která by je mohla unavovat.

To výrazně zlepšuje komfort používání displeje a navyšuje dobu, po kterou lze displej používat, aniž byste zaznamenali nějakou únavu.

Další výhodou je i to, že se nelesknou na přímém slunci, a tak se nemusíte bát nepříjemných odlesků nebo zhoršení čitelnosti, pokud displej používáte venku.

Vysoká čitelnost

E-ink displeje se pyšní také vysokým kontrastním poměrem, který převyšuje jiné technologie. Rozdíl mezi nejtmavšími a nejsvětelnějšími oblastmi je opravdu velký, což má za následek ostrý a jasný text. Ideální pro čtení!

Nízká spotřeba energie

Jednou z největších výhod e-inkových displejů je i nízká energetická náročnost. E-inkový displej totiž používá energii pouze tehdy, pokud je potřeba změnit obraz (například přejít na další stránku knihy).

Pokud ale stránka zůstává neměnná (statická), displej nemusí vynakládat žádnou energii pro její zobrazování. Pokud byste si to srovnali třeba s LCD displeji telefonů nebo monitorů, ty musí být neustále poháněny elektřinou, aby jednotlivé pixely zůstaly svítit (ikdyž jsou černé).

Právě díky tomu zařízení, které e-inkové displeje používají, mají většinou obrovskou výdrž baterie a není třeba je tak často nabíjet, což je praktické i ekonomicky výhodné.

Flexibilní forma

Některé e-inky, jako třeba Mobius, mají flexibilní formu, a tak je lze i ohýbat. Tím pádem se dají využívat i v netradičních zařízeních, například v chytrých hodinkách, kde je displej obtočen okolo zápěstí.

I další technologie se snaží rozlousknout problematiku ohebnosti (viz displeje telefonů typu Samsung Fold), ale především kvůli nutnosti podsvícení nejsou tak tenké a pružné jako e-inkové alternativy.

Omezení e-ink displeje

Ovšem e-ink má také své nevýhody, které jsou znát především ve srovnání s dalšími technologiemi.

Pomalá obnovovací frekvence

Asi největší nevýhoda e-inků je jejich pomalá obnovovací frekvence. Co to znamená? Vykreslování změn obrazu zkrátka není tak rychlé jako u jiných technologií – a to o dost.

Když si vezmeme příklad z praxe, pokud na čtečce knih budete chtít otočit stránku, trvá to přibližně půl sekundy až sekundu, než se vykreslí nová stránka.

V porovnání s tím, běžné LCD a OLED displeje dokáží obraz vykreslit 60krát za jedinou vteřinu a rychlejší panely až 120krát nebo v extrémních případech 360krát za sekundu.

Tím pádem e-inkové displeje nemohou být použity pro vykreslení situací, které se neustále mění, například videa nebo hry.

Omezený barevný rozsah

Ačkoliv některé typy e-inkových displejů umožňují zobrazování barev díky barevným filtrům, stále se jejich rozsah nemůže rovnat ostatním technologiím.

Například Kaleido dokáže zobrazit až 4096 barev a odstínů. To se nezdá jako málo, ale ve srovnání s OLED displeji, které dokážou vyobrazit až několik milionů barev, je to jako kapka v moři.

Barevné displeje čteček tak na první pohled vypadají méně saturované, vybledle a pro čtení komiksů tak stále raději sáhneme po tabletu.

Nicméně technologie barevného zobrazení je jednou z hlavních témat, které výrobci neustále bádají a troufáme si říct, že v budoucnu zde uvidíme další a další zlepšení.

Nižší rozlišení

Posledním bodem, kde e-ink ztrácí, je také rozlišení displejů, které bývá výrazně nižší než u podsvícených displejů.

Běžná 6” čtečka s Carta HD displejem nabízí rozlišení 1488×1072 pixelů s hustotou 300 pixelů na palec. U větších čteček se sice rozlišení lineárně zvyšuje, ale hustota pixelů stále zůstává na hranici 300 ppi.

Běžný 6,67” smartphone s AMOLED displejem pak má rozlišení 2400×1080 a hustotou 395 pixelů na palec, přičemž ty nejlepší telefony nabízí až 500 ppi.

E-inkové displeje tak nejsou příliš vhodné pro zobrazování složitějších grafik, ale pokud jde o čistý text, 300 ppi je naprosto dostačující hodnota, která nabízí ostré a jemné zobrazování písma.

E-ink vs LCD a OLED displeje

Na rozdíly mezi e-ink a LCD nebo OLED displeji jsme už několikrát naráželi, ale nyní si je srovnáme vedle sebe.

Jak už bylo řečeno, e-inkové displeje jsou nejvhodnější pro použití v zařízeních, které vyžadují perfektní čitelnost, vysoký kontrast a nízkou spotřebu energie. Mohou být také ohybatelné.

Jsou nejčastěji používány ve čtečkách knih, kde plně využívají své přednosti v pohodlnosti čtení písma a dlouhé výdrže baterie.

Na druhou stranu je jejich odezva pomalejší (tzn. déle jim trvá překreslení obrazu), mají užší barevný gamut a nižší rozlišení.

LCD a OLED displeje jsou dvě v současnosti nejběžnější technologie, které se mohou pyšnit výbornou reprodukcí barev, rychlostí obnovovovací frekvence a zabudovaným podsvícením.

Najdete je v takřka všech elektronických zařízeních, jako jsou smartphony, tablety, notebooky, chytré hodinky, televize a monitory.

LCD displeje dokážou být velmi rychlé, až s 360Hz obnovovací frekvencí u herních monitorů a jsou i poměrně levné. Na druhou stranu nejsou tak jasné jako OLED displeje a mohou mít omezenější pozorovací úhly (TFT panely).

OLED displeje mají výborný konstrast a barvy a mohou být i flexibilní a do jisté míry ohybatelné. Své nevýhody mají v dražších nákladech na výrobu a kratší životnosti (vypalování barev).

Není tedy úplně snadné říct, zdali je e-ink lepší než LCD či OLED nebo naopak. Každá technologie má své určité použití, ve kterém vyniká, a své nedostatky.

Tuto problematiku tak dále rozebíráme v duelu čtečky knih vs. tablety.

Historie elektronického inkoustu

První myšlenka displeje, který by byl podobný běžnému papíru a zároveň byl energeticky nenáročný, vznikla už v 70. letech 20. století v Xeroxu.

Nicméně až v 90. letech se tento princip povedlo vytvořit, a to na univerzitě MIT, profesorem Neilem Gershenfeldem, který naverboval Josepha Jacobsona, fyzika ze Stanfordu, a studenty MIT Barreta Comiskeyho, studujícího matematiku, a J. D. Alberta, strojírenského inženýra.

První návrh spočíval v malých kuličkách, napůl černé a napůl bílé, které by se otáčely na jednu či druhou stranu podle elektrického nabití. To se ale ukázalo jako téměř nemožné.

Comiskey nakonec experimentoval se systémem mikrokapslí, které bylo možné nabít, aby zobrazovaly černou a bílou. Na základě toho vznikla technologie elektroforetického displeje, která je dodnes používaná.

Tento systém byl patentován MIT v letech 1996 a 1997 a následně vedl k založení společnosti E Ink Corporation, která je stále lídrem e-inkových displejů.

Společnost E Ink od té doby spolupracovala s velkými značkami, jakými byli Amazon, Sony, Barnes & Nobles nebo Kobo, kterým své displeje dodávala.

Amazon pak v roce 2007 představil svoji první elektronickou čtečku Kindle, která rozpoutala neuvěřitelnou vlnu zájmu a rozběhla tak celý trh čteček knih a elektrického čtení.

Od té doby vzniklo několik různých verzí a iterací e-inkových displejů a ani v současnosti to nevypadá, že by zájem o tuto technologii nějak upadal.