Op de rol

De prototypes van het eerste elektronisch papier werken nu. Ook een Nederlands consortium komt met een veelbelovende methode voor de realisatie van het one page book. Nu nog een goede resolutie.

Amerikaanse onderzoekers hebben een snelle en goedkope manier gevonden om een beeldscherm te maken in de vorm van een dun plastic folie. Het beeldscherm is niet alleen flexibel, maar heeft een contrast vergelijkbaar met dat van inkt op papier en kan dus ook in fel zonlicht gelezen worden. Met dit `elektronisch papier' wordt het mogelijk elke willekeurige pagina van de laatste roman van Mulisch te downloaden, of kan via de satelliet het allerlaatste nieuws met een druk op de knop worden binnengehaald. Het is het resultaat van een combinatie van twee nieuwe technologieën: in het laboratorium van Lucent Technologies in New Jersey werd een methode ontwikkeld om met stempels elektronische componenten op een plastic ondergrond aan te brengen. Deze transistoren zijn nodig om de afzonderlijke beeldpunten van het beeldscherm aan te sturen. De beeldpunten bestaan uit een speciale `inkt' op basis van kleine bolletjes die elektronisch tussen zwart en wit kunnenschakelen. Deze technologie, afkomstig van E-ink Corporation uit Cambridge, Massachusetts, is zeker niet de enige. In Nederland werkt het bedrijf Papyron hard aan een concurrerende technologie – gebaseerd op onderzoek van de Rijksuniversiteit Groningen – om een deel van de voorspelde miljardenmarkt te gaan opeisen.

De allereerste stappen op weg naar een elektronische inkt werden al in de jaren zeventig gezet. Het oorspronkelijke idee stamt van het Xerox Palo Alto Research Center (PARC) in Californië: een dunne laag plastic met daarin talloze fijn verdeelde bolletjes waarvan de twee helften een tegengestelde lading én een contrasterende kleur hebben. Afhankelijk van de spanning die van buitenaf op het plastic wordt aangelegd, draaien de bolletjes en tonen ze hun witte of zwarte kant. Hoewel dit systeem in principe goed werkte, bleek het niet eenvoudig om grote displays te maken en bovendien viel de levensduur daarvan tegen. Ondanks de hooggestemde commerciële verwachtingen kon het project Gyricon het hogere management van Xerox niet overtuigen.

Gyricon verdween in de la, om er pas weer uit te komen toen aan de andere kant van de Verenigde Staten een soortgelijk idee opdook. Het waren twee jonge studenten van het Media Lab van MIT die een alternatieve manier hadden gevonden om elektronische inkt te maken. Ook zij maakten gebruik van kleine bolletjes – microcapsules van ongeveer een tiende millimeter doorsnee – alleen zijn deze gevuld met een kleurstofoplossing, waarin negatief geladen, witte pigmentdeeljes zweven. Deze inkt wordt als een dunne laag opgebracht en tussen deels doorzichtige elektroden geplaatst. Afhankelijk van de lading op de bovenste elektrode verplaatsen de pigmentdeeltjes zich naar de bovenkant van de bolletjes, waardoor die er wit uit gaan zien.

Kleuromslag

De bolletjes kunnen heel gemakkelijk over een groot oppervlak worden aangebracht en als ze eenmaal de juiste kleur hebben aangenomen, kan de spanning er af en blijven ze, zij het niet onbeperkt, in die toestand staan. Daardoor is het stroomverbruik extreem laag. Aan de andere kant is de snelheid waarmee de kleuromslag optreedt nog te laag om videobeelden mogelijk te maken. Toch laten die beperkingen een groot deel van de markt open, variërend van billboards tot kranten en boeken. In tegenstelling tot Xerox achtte MIT de tijd daarom wel rijp voor commercialisering en in 1997 werd E-ink opgericht, dat inmiddels is uitgegroeid tot marktleider. Opnieuw lijkt Xerox PARC daarmee achter het net te hebben gevist, precies als eerder met de muis en een operating systeem voor de computer dat gebruik maakt van windows, twee radicale vernieuwingen waarvoor Palo Alto het idee leverde, maar die door anderen tot een succesvol en winstgevend product werden gemaakt.

Niet iedereen heeft zich echter zonder meer neergelegd bij de overmacht van E-ink, de Groningse hoogleraar polymeerchemie Georges Hadziioannou bijvoorbeeld. Zo'n vier jaar geleden ontwikkelde hij in zijn groep een manier om een dun plastic folie te maken met een regelmatig geordend patroon van gaatjes van ongeveer tien micron (een honderdste millimeter). Hadziioannou: ``Wij kwamen op het idee om die gaatjes te gebruiken als afzonderlijke punten van een beeldscherm. Daartoe vullen we ze met een kleurstof waarin pigmentdeeltjes zweven en sluiten het geheel af. Dat heeft een aantal voordelen ten opzichte van de methode die E-ink gebruikt. Zo is de kijkhoek van ons display groter, omdat de beeldpunten vlak zijn, en niet bolvormig. Bovendien kunnen wij veel eenvoudiger een kleurenbeeldscherm maken, de benodigde kleureninkten zijn al ontwikkeld. Het is de bedoeling om die met een inktjet-printer in naast elkaar gelegen rijen gaatjes te spuiten.''

Om de kennis over deze technologie aan te vullen, zocht de hoogleraar een `strategische partner' in Japan. Hadziioannou: ``Die heeft ook de patenten op een methode om plastic transistoren en andere componenten die nodig zijn om de beeldpunten te schakelen achter het display aan te brengen.''

Om kapitaal bij elkaar te kunnen krijgen voor verder onderzoek richtten de onderzoekers in 1998 Zetfolie op, dat inmiddels is omgedoopt tot Papyron. Met steun van een aantal Nederlandse investeerders en subsidie van het Ministerie van Economische Zaken werken inmiddels veertien onderzoekers in de laboratoria van de subfaculteit scheikunde in Groningen aan de verbetering van het principe en aan de verdere opschaling ervan. Een idee waar nu onder andere met steun van STW aan wordt gewerkt is het ontwikkelen van een vloeistof waarvan de viscositeit (stroperigheid) sterk afhankelijk is van de temperatuur.

Voor altijd

Hadziioannou: ``Boven een kritische temperatuur kunnen de pigmentdeeltjes zich vrij bewegen en kan elk willekeurig beeld worden weergegeven. Beneden die temperatuur is de vloeistof heel erg dik en zijn de pigmentdeeltjes als het ware vastgevroren, zodat beelden in principe `voor altijd' kunnen worden vastgelegd. De temperatuuromslag kan worden bewerkt met behulp van een laser.'' Hoe interessant dit soort ideeën ook mogen zijn, cruciaal voor het slagen van de technologie is dat er snelle en efficiënte fabricagemethoden worden ontwikkeld, waarmee grote oppervlakken kunnen worden geproduceerd. Hadziioannou: ``Het is een enorme uitdaging om van een oppervlak van nu nog enige vierkante centimeters te komen tot een continu proces waarbij vele vierkante meters per seconde worden geproduceerd.'' Binnen de plasticsindustrie zijn dat soort roll-to-roll processing technologieën overigens gemeengoed en Papyron kan dus gebruik maken van een enorme hoeveelheid kennis en ervaring.

E-ink heeft echter gekozen voor een heel andere vorm van massaproductie. Eind april presenteerde het bedrijf samen met Lucent een ongeveer tien bij tien vierkante centimeter beeldscherm, op basis van een elektronische inkt, dat geheel wordt aangestuurd met organische transistors (Proceedings of the National Academy of Sciences, 24 april). Deze brachten zij aan met stempels. De stempels voorzien een goudfolie op bepaalde plekken van een dunne laag van niet meer dan één molecuul dik. Dat is voldoende om het eronder liggende goudoppervlak te beschermen in een volgende stap, waarbij met zuur het goud voor een deel wordt weggeëtst. Zo verkregen de Amerikanen in opeenvolgende stappen de ingewikkelde patronen die nodig zijn voor de elektronica achter het beeldscherm. Ook de benodigde halfgeleider was in dit geval een organisch molecuul, wat betekent dat in de toekomst de ingewikkelde en dure technieken (clean rooms) die silicium en andere anorganische halfgeleiders vereisen straks tot het verleden gaan behoren. Hoewel het beeldscherm nog slechts 256 beeldpunten telt – elk ongeveer een halve vierkante centimeter groot – is de technologie volgens de onderzoekers `klaar' voor een veel hogere resolutie. Uiteindelijk wil de industrie de beeldschermen op basis van elektronische inkt toepassen in horloges, mobiele telefoons of palmtop computers. De huidige markt voor dat soort displays schatten zij op zo'n vijftig miljard dollar per jaar. Hadzioannou tot slot: ``Het zou voor ons al een groot succes zijn als wij daar maar 5% van weten te winnen.''