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Auf dem Weg zum elektronischen Papier

Preiswert, dünn und sparsam im Stromverbrauch – ein neues elektronisches Anzeigesystem verspricht, dem Papier Konkurrenz zu machen.


Vor 20 Jahren hatte Nicholas K. Sheridon seine große Idee – eine, wie sie Wissenschaftlern mit Talent und Glück vielleicht ein oder zweimal im Leben zufliegt. Er entdeckte das Prinzip eines elektronischen Anzeigesystems, das weitaus handlicher wäre als schwere Kathodenstrahl-Röhren und deutlich billiger als Flüssigkristall-Displays. Theoretisch sollte es viele der Vorteile von Papier aufweisen. Es wäre dünn und biegsam und dabei wesentlich haltbarer. Bei minimalem Stromverbrauch würde es das dargestellte Bild dauerhaft anzeigen. Man könnte darauf schreiben oder "radieren" und es beliebig oft wiederbenutzen. Und das alles zum Preis von Schreibpapier gehobener Qualität. Sheridon taufte seine Idee "Gyricon" und ließ sie sich patentieren.

Doch dann verließ ihn das Glück. Vor 20 Jahren quollen die Schubladen von Sheridons Vorgesetzten bei PARC, dem Forschungszentrum der Firma Xerox in Palo Alto, von jenen Erfindungen über, die dem Personal Computer schließlich zu seinem Siegeszug verhalfen: Fenstertechnik und Maus-Schnittstelle ebenso wie Laserdrucker und das Vernetzungsprotokoll Ethernet. Doch wie Gyricon entlockten sie den Xerox-Managern nur ein Gähnen. "Mein Chef", erinnert sich Sheridon, "erklärte mir damals: ,Xerox hat sich um besseres zu kümmern als Displays. Warum arbeiten Sie nicht lieber an Druck-Techniken?' Und das tat ich dann auch."

Erst 15 Jahre später griff der Wissenschaftler mit der sanft-nachdrücklichen Stimme seinen Geistesblitz wieder auf. Und heute steht die Inkarnation seiner Idee auf seinem Schreibtisch und zeigt schwarz auf weiß das PARC-Logo (Bild 1). Obwohl es sich lediglich um einen simplen Prototypen handelt, ist das 15 mal 15 Zentimeter große Display gut lesbar und erstaunlich dünn. Noch mehr beeindruckt, daß es nur von einer pfennig-großen Solarzelle gespeist wird. Auch wenn man sie abklemmt, verschwindet das Logo nicht.

Vorsichtig entfernt Sheridon die hintere Folie und zeigt mir, woraus das Display besteht: Das Material ist nicht viel dicker als ein Gummi-Handschuh und fühlt sich auch so an. Das ist kein Zufall angesichts des Herstellungsverfahrens. Eine Mischung aus geschmolzenem, transparentem Silicon-Kautschuk und winzigen Plastikkügelchen mit gerade mal 0,03 bis 0,1 Millimeter Durchmesser wird auf Platten gegossen, abgekühlt und nach dem Erstarren in Scheiben geschnitten. Die Bällchen sind auf der einen Seite weiß und auf der anderen schwarz (Bild 2). Die Scheiben werden dann mit Öl getränkt, das sie wie ein Schwamm aufsaugen. Dabei quellen sie auf, und um jedes Plastikkügelchen herum bildet sich eine kleine Öl-Tasche, in der es schwebt und beliebig rotieren kann.

Durch einen chemischen Prozeß, den Xerox als Betriebsgeheimnis hütet, "wird jedes Kügelchen elektrisch aufgeladen, auf der einen Seite etwas stärker als auf der anderen", erklärt Sheridon. Legt man ein elektrisches Feld senkrecht zur Oberfläche der Scheibe an, rotieren die Kügelchen wie Kompaßnadeln, so daß sie je nach Orientierung des Feldes mit ihrer weißen oder schwarzen Seite zum Betrachter zeigen, und werden gegen den Boden ihrer Öl-Tasche gedrückt. Dort bleiben sie kleben und bewahren das Bild, bis ein anderes Feld sie wie-der ablöst. Bei hohen Spannungen werden die Kügelchen bereits gegen den Boden ihres Täschchens gedrückt, bevor sie sich vollständig herumgedreht haben: Es entstehen abgestufte Grautöne. Das nächste Ziel ist, verschieden gefärbte Kügelchen so zu kombinieren, daß auch farbige Anzeigen möglich sind.

Als Sheridon einst seine Erfindung machte, hatte er alles bis ins kleinste durchdacht. Nur eines wußte er nicht: Wie man möglichst kostengünstig Milliarden von einseitig gefärbten Plastikkügelchen von der Größe einer Nadelspitze herstellt. "Hier ist des Rätsels Lösung", sagt Sheridon und hält eine Stahlscheibe hoch, die nur wenig kleiner ist als eine CD. Man läßt sie auf einer Achse mit 2700 Umdrehungen pro Minute rotieren und spritzt von oben weißes und von unten schwarzes Plastik darauf. Die beiden Kunststoffströme schießen strahlenförmig nach außen, vereinigen sich an der Kante der Scheibe und zerfallen beim Ablösen in Kügelchen, die präzise zur Hälfte schwarz und zur Hälfte weiß sind.

Sheridon hat nachgewiesen, daß das Material auch nach mehr als zwei Jahren und drei Millionen Schreib- und Löschvorgängen noch stabil ist. Seine Gruppe konnte bis zu 30 mal 30 Zentimeter große Displays herstellen, deren Auflösung bis zu 220 Punkte pro Zoll beträgt – doppelt so viel wie bei üblichen Flüssigkristallanzeigen. "Wir hätten gerne eine noch höhere Auflösung und ein helleres Weiß", gesteht Sheridon, "und wir wissen auch, wie sich das machen läßt: mit noch kleineren und dichter gepackten Kügelchen."

Für bestimmte Anwendungen – etwa große Werbeplakate – scheint die Technologie nur wenige Jahre von der Marktreife entfernt. Als nächstes dürften Gyricon-Displays in Laptops und Notebooks Einzug halten. "Dann könnte man tragbare Rechner vermutlich ein halbes Jahr lang mit einer Handvoll Taschenlampen-Batterien betreiben", erläutert Sheridon, denn diese Anzeige erfordert weder Hintergrundbeleuchtung noch einen permanenten Neu-Aufbau des Bildes.

Das größte Ziel des Xerox-Forschers ist indes auch das fernste: elektronisches Papier. Ingenieur Matt Howard reicht mir einen gewöhnlichen Bleistift, der mit einer schwachen Stromquelle verbunden ist. Ich führe ihn über eine Gyricon-Scheibe und kann schreiben! Ein schwaches elektrisches Feld, das durch die Graphit-Mine geleitet wird, färbt das Material bei jeder Berührung mit der Bleistiftspitze dunkel. Howard arbeitet an einer Art Zauberstab, der Texte und Bilder von einem Computer auf eine Gyricon-Scheibe übertragen soll. Wie ein Blatt Papier könnte man sie mit Anmerkungen versehen, fotokopieren oder löschen. Nur eines würde man mit diesem Papier nie tun: es wegwerfen.

Die Bedeutung einer solchen Erfindung für die Geschäftswelt – und für das Geschäft von Xerox – läßt sich kaum überschätzen. Wäre PARC weitsichtiger oder Sheridon ehrgeiziger gewesen, würden wir dann seit Jahren schon ganz selbstverständlich auf elektronischem Papier schreiben? Gut möglich. Heute muß sich Gyricon nicht nur gegen Flüssigkristall-, sondern auch gegen neuartige elektrophoretische Displays durchsetzen, die vom Massachusetts Institute of Technology und der Firma E Ink, beide in Cambridge, entwickelt werden. Sie enthalten geladene farbige Partikel in einer anders gefärbten Flüssigkeit. Sheridon verzieht kurz das Gesicht, als er eingesteht: "Es ist ein Kopf-an-Kopf-Rennen".


Aus: Spektrum der Wissenschaft 10 / 1998, Seite 23
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH

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