กระดาษอิเล็กทรอนิกส์ [Electronic Paper / E-paper]

แนวคิด

ทุกวันนี้เราก็ยังต้องใช้กระดาษกันอยู่ ด้วยเหตุผลที่ว่ากระดาษนั้น ราคาถูก ใช้งานได้คล่อง น้ำหนักเบา พับเก็บง่าย เคลื่อนย้ายสะดวก อีกทั้งการอ่านหนังสือก็ทำได้จากหลายมุมสายตา สามารถเก็บไว้ได้นาน และ ไม่ต้องใช้แบตเตอรี่ และแม้ว่าคอมพิวเตอร์สามารถอัพเดทข้อมูลล่าสุด และแสดงภาพวิดีโอได้ แต่หลอดแคโทด ก็ยังเป็นอุปกรณ์ ที่ใชัพลังงานสูง เปราะบาง และเคลื่อนย้ายได้ยาก ยิ่ง กว่านั้น การอ่านจอภาพกลางแสงแดด โดยตรงก็ทำไม่ได้ ส่วนจอภาพแอลซีดีในเครื่องคอมพิวเตอร์แบบกระเป๋าหิ้ว ที่มีคุณสมบัติอ่านได้ง่ายในแสงแดด มีน้ำหนักเบากว่าเดิม แต่ราคาก็แพงลิ่ว และยังมีข้อด้อยอีกหลายประการ

ปัญหาข้างต้นนี้เป็นที่มาของแนวคิดเรื่อง "กระดาษอิเล็กทรอนิกส์" ซึ่งเป็นดิสเพลย์ ที่มีคุณสมบัติ การสะท้อนเช่นเดียวกับกระดาษ แต่สามารถอัพเดทข้อมูลได้ด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์

กระดาษอิเล็กทรอนิกส์ (Electronic paper) บางครั้งก็เรียกว่า E-Paper เป็นเทคโนโลยีการแสดงผลที่เลียนแบบลักษณะการใช้หมึกบนกระดาษปกติ แต่แตกต่างจากจอแสดงผลแบบจอแบนโดยทั่วไป ตรงที่มีการใช้แบคไลต์ เพื่อให้ความสว่างแต่เซลล์ภาพ (pixel) ทำให้กระดาษอิเล็กทรอนิกส์สะท้อนแสงได้เหมือนกระดาษทั่วไป และสามารถบันทึกข้อความและภาพโดยไม่ต้องอาศัยไฟฟ้า หรือการใช้กำลังประมวลผล ขณะเดียวกันก็สามารถเปลี่ยนกระดาษได้ด้วย คุณลักษณะสำคัญอย่างหนึ่งที่จำเป็นก็คือ เซลล์ภาพจะมีเสถียรภาพด้านภาพแบบไบสเตเบิล ทำให้สถานะของแต่ละเซลล์ภาพสามารถคงอยู่ โดยไม่ต้องมีการจ่ายกำลังไฟ

กระดาษอิเล็กทรอนิกส์นั้นมีการพัฒนาขึ้นมาเพื่อเอาชนะข้อจำกัดของจอมอนิเตอร์สำหรับคอมพิวเตอร์ ตัวอย่างเช่น การใช้แสงแบคไลต์ของมอนิเตอร์นั้นทำให้สายตาของมนุษย์ล้า ขณะที่กระดาษอิเล็กทรอนิกส์นั้นสะท้อนแสงคล้ายกระดาษปกติ ทำให้อ่านเมื่อวางเป็นมุมเอียงได้ง่ายกว่าอ่านจอคอมพิวเตอร์ นอกจากนี้ยังมีน้ำหนักเบา ทนทาน และโค้งงอได้มากกว่า เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีจอแสดงผลแบบอื่นๆ

พัฒนาการ

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 ซึ่งกระดาษไจริคอนยังให้สีเทาหลายเฉดสีด้วย

อย่างไรก็ตาม งานส่วน ที่ยากที่สุดก็คือ การพิมพ์ข้อความ และภาพลงบนกระดาษอิเล็กทรอนิกส์ ในช่วงแรกมีการคิด ที่จะป้อนข้อมูลเข้ากระดาษไจริคอนด้วยการป้อนกระดาษไจริคอนเข้าอุปกรณ์หน้าตาคล้ายพรินเตอร์ ซึ่งจะแปลงรูปแบบประจุไฟฟ้าเข้าไปไว้ใน กระดาษ แต่แนวความคิดนี้กลายเป็นการมีเครื่องถ่ายเอกสาร ที่ใช้กระดาษซ้ำได้เท่านั้น

เมื่อมาถึงทศวรรษ 1990 เทคโนโลยีดังกล่าวนี้ใช้ไมโครแคปซูลขนาดจิ๋ว ที่บรรรจุอนุภาคระดับโมเลกุลสีขาวที่มีประจุไฟฟ้า แขวนลอยอยู่ในน้ำมันแร่มีสี กระดาษอิเล็กทรอนิกส์รุ่นแรกๆ นั้นมีวงจรที่ใช้ควบคุมว่าอนุภาคหรือขาวอยู่ที่ด้านบนของแคปซูล (ทำให้ผู้ชมเห็นเป็นสีขาว) หรือที่ด้านล่างของแคปซูล (ทำให้ผู้ชมเห็นเป็นสีของน้ำมัน) ข้อนี้เป็นจุดสำคัญ เพราะเป็นการแนะนำเทคโนโลยีจอแสดงผลแบบ Electrophoresis ขึ้นใหม่ แต่การใช้ไมโครแคปซูลทำให้มีการใช้จอแสดงผลบนแผ่นพลาสติกโค้งงอได้ แทนที่จะเป็นกระดาษ

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

เสมือนเมื่อเราทอยเหรียญเหรียญหนึ่ง มันจะออกหัวหรือไม่ก็ก้อย พูดให้ง่ายก็คือ เหรียญมีสภาพหยุดนิ่งได้สองแบบ บริษัท ที่คิดค้นกระดาษ อิเล็กทรอนิกส์ก็กำลังพยายามทดลองผลิตดิสเพลย์ ที่มีคุณสมบัติการคง ที่ หรือสภาพเสถียรสองแบบกล่าวคือ เป็นทั้งแบบสะท้อนกลับ และไม่สะท้อนกลับ ทั้งนี้จะต้องใส่พลังงานให้ดิสเพลย์อยู่ในสภาพใดสภาพหนึ่งเสียก่อน

หากลองนึกหน้ากระดาษ ที่ทำจากเหรียญเล็กจิ๋วนับล้าน ที่มีสีขาวด้านหนึ่ง และสีดำอีกด้านหนึ่ง ด้าน ที่จัดเรียง กันเป็นตัวอักษรเป็นด้านสีดำ ส่วน ที่เหลือ เป็นสีขาว หากหน้าเหรียญเปิดเป็นสีขาว ข้อความจะหายไป หลักการดังกล่าวนี้เป็นหลักการของกระดาษอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งมีคุณสมบัติคงสภาพได้สองแบบ และถูกควบคุมโดยพลังกระแสไฟฟ้า

ผลิตภัณฑ์แรกของบริษัทก็คือ ดิสเพลย์บอร์ดแบบแข็ง ที่เรียกว่า "อิมมีเดีย" (Immedia) ที่ยังคงไม่สมบูรณ์แต่ก็มีหน้าตาคล้ายกระดาษจริง เนื่องจากมีขนาด 44 X 15 นิ้ว มีระดับแสงคอนทราสต์ในเวลา กลางวันสูง และมีมุมมอง ที่กว้าง มีดิสเพลย์ทั้งแบบขาวดำ และสี่สี ที่สำคัญก็คือ ราคาถูก

โดยเริ่มมีการทดลองตลาดในสหรัฐฯ แล้วเช่น ทดลองใช้ดิสเพลย์หนังสือพิมพ์ที่ใช้ได้ทั่วเมืองฟีนิกซ์ โดยหนังสือพิมพ์ดังกล่าวติดตั้งเพจเจอร์แบบติดต่อได้สองทาง และควบคุมโดยอินเทอร์เน็ต นอกจากนั้น อีอิงค์ยังกำลังพัฒนาอุปกรณ์เชื่อมต่อด้วยรังสีอินฟราเรด เพื่อให้สามารถอัพเดทดิสเพลย์โดยใช้พีดีเอ (per-sonal digital assistant) เช่น Palm Pilot ด้วย ทั้งนี้ยังมีทางเลือกเทคโนโลยีโดยใช้ "บลูทูธ" (Bluetooth) อีกทางหนึ่งด้วย

ดิสเพลย์ของ "อิมมีเดีย" ไม่ต้องออกแบบพิมพ์ ส่งเมลหรือแขวนใหม่เมื่อเปลี่ยนข้อ ความโฆษณา ผู้ใช้ "อิมมีเดีย" เพียง แต่รีโปรแกรมข้อมูลใหม่ตามต้อง การในแต่ละวันเท่านั้น ร้านค้าย่อยประเภทคอนวีเนียนสโตร์จึงควรใช้ดิสเพลย์ดังกล่าว เพื่อเตือนความจำลูกค้า

อีอิงค์มีแผนที่จะปรับปรุงคุณภาพอิมมีเดียให้สามารถใช้ได้กับหน้าร้านค้า รวมทั้งป้ายโฆษณากลางแจ้ง และบิลบอร์ดต่างๆ ด้วย และจะเข้าไปจับตลาดหนังสืออิเล็กทรอนิกส์ด้วย โดยตั้งใจว่าจะเป็นหนังสือ ที่แสดงข้อมูลง่ายๆ เหมือนกับการพลิกหน้ากระดาษทีเดียว หลังจากนั้น ก็จะเป็นการจัดทำหนังสือ พิมพ์อิเล็กทรอนิกส์แบบถาวร กล่าว คือ มีการอัพเดทข้อมูลตัวเองทุกวันโดยผ่านการสื่อสัญญาณแบบไร้สาย

ทั้งหมดนี้ทำให้มีแนวโน้มว่าต่อไปเราจะสามารถเก็บหนังสือนับร้อยหรือพันเล่มไว้ในกระดาษอิเล็กทรอนิกส์เพียงแผ่นเดียว แต่เป็นกระดาษ ที่มีไมโครโปรเซสเซอร์ ชิปความจำ และ แบตเตอรี่ขนาดจิ๋วทำงานอยู่ภายในแผ่น กระดาษ

E-Paper ที่เกิดขึ้นแล้ว

อย่างไรก็ตาม กระดาษอิเล็กทรอนิกส์ต้นแบบเหล่านี้ล้วนแต่ต้องใช้ไฟแบบสะท้อนแบบเดียวกับกระดาษจริงเนื่องจากเป็นแบบ ที่สอดคล้องกับลักษณะการมองเห็นของมนุษย์ ดิสเพลย์ รุ่นใหม่ส่วนใหญ่มีแหล่งกำเนิดแสงจากด้านหลัง แสงที่เข้มจึงไปแข่งกับภาพเท่านั้น แต่ดิสเพลย์แบบที่ใช้แสงสะท้อน จะใช้งานได้ดีขึ้นเมื่ออยู่ในบริเวณที่มีแสงแดด นอกจากนั้นกระดาษอิเล็กทรอนิกส์ก็ไม่ต้องใช้กระแสไฟฟ้าอีกหลังจาก ที่ข้อความ และภาพอยู่บนดิสเพลย์แล้ว แต่ยังต้องเปรียบเทียบขนาดความหนา และน้ำหนักกับกระดาษจริงรวมทั้งคุณสมบัติการพับได้ด้วย

แอพพลิเคชั่นส์สำหรับกระดาษอิเล็กทรอนิกส์เกือบจะไม่มีข้อจำกัดใดๆ เนื่องจากเป็นดิสเพลย์สำหรับอุปกรณ์ขนาดพกพาชนิดต่างๆ รวมทั้งคอมพิวเตอร์กระเป๋าหิ้ว ที่ทนการกระแทกตกหล่น สามารถใช้เป็นป้าย หรือโปสเตอร์ และหากทำให้มีราคาถูกลง ก็อาจใช้เป็นป้ายโฆษณากลางแจ้ง หรือวอลเปเปอร์แบบตั้งโปรแกรมได้ ยิ่งหาก ทำให้บาง และใช้คล่องตัวขึ้นก็อาจบรรจุ หนังสือไว้ได้ทั้งเล่ม หรือตั้งโปรแกรมเก็บ หนังสือจากห้องสมุดได้ด้วย

·        Bridgestone ออก e-paper ที่มีขนาดเท่าหนังสือพิมพ์จริง เป็นครั้งแรกของโลก

·        IBMก็ได้นำ e-paperมาใช้ในชั้นวางของของร้านค้าปลีกในปี2009 เพื่อเป็นการรักษาสิ่งแวดล้อม โดยการนำไปใช้แทนกระดาษหรือสติ๊กเกอร์ที่แปะเป็นป้ายราคาบนชั้นซึ่งเป็นขยะที่เกิดขึ้นทุกวัน

·        บริษัทไซโกวอตช์ และไซโกเอปสันในญี่ปุ่นได้ร่วมกันพัฒนานาฬิกาข้อมือ โดยใช้กระดาษอิเล็กทรอนิกส์ (electronic paper) ทำหน้าที่เป็นส่วนแสดงผลตัวเลข

·        Bridgestone ออกกระดาษอิเล็กทรอนิกส์นี้มีขนาด A3 เป็นกระดาษอิเล็กทรอนิกส์ที่ใหญ่ที่สุดแล้ว ยังมีความบางที่สุดในโลกอีกด้วยคือเพียง 0.29 มิลลิเมตร(24 ตุลาคม 2550)

·        แอลจี ดิสเพลย์ (LG Display) ได้พัฒนาหน้าจอกระดาษอิเล็กทรอนิกส์ (electronic-paper screen) ที่สามารถดัดโค้งงอ หรือม้วนได้ โดยหน้าจออีเปเปอร์ดังกล่าวจะมีขนาดเท่าๆ กับหนังสือพิมพ์แทบลอยด์ (tabloid) จริงๆ

·        ซัมซุงออกต้นแบบ"อีเปเปอร์สี"