Europäischer Erfinderpreis

Elektronische Tinte für die digitale Verlagsrevolution

Joseph M. Jacobson

Joseph M. Jacobson und Barrett Comiskey, Erfinder der Anzeigen auf Basis von elektronischer Tinte

Als Johannes Gutenberg im Jahr 1448 die Druckerpresse erfand, schuf er damit das Fundament für die groß angelegte Verbreitung von Wissen auf der ganzen Welt. Mehr als 550 Jahre später gelang den amerikanischen Erfindern Joseph M. Jacobson und Barrett Comiskey mit der Entwicklung der elektronischen Tinte (E-Ink) für flache Anzeigen mit geringem Gewicht (elektronisches Papier) eine weitere Revolution.

Ihre patentierte Technologie legte den Grundstein für die Entwicklung elektronischer Lesegeräte – tragbare Geräte, auf denen Tausende von Büchern gespeichert werden können. Diese sogenannten E-Reader haben Verlagsbranche und Bildungswesen nachhaltig verändert. Gleichzeitig ging die globale Nachfrage nach Papier zurück, was der Umwelt zugute kommt.

Eine Bibliothek für die Hosentasche

Eine Bibliothek für die Hosentasche 1993 suchte der Physiker Joseph M. Jacobson im Anschluss an seine Promotion an der Stanford University nach einer neuen Herausforderung: „Die Vorstellung von einem Buch, das seinen eigenen Schriftsatz übernimmt, klang so schwierig, dass sie mein Interesse weckte“, erzählte er später in einem Interview mit dem Internet-Magazin Wired.

Jacobson träumte davon, das gesamte Wissen der Welt in die Hände der Leser zu legen, und zwar in Form eines einziges Buches. Dazu malte er sich ein Gerät mit genügend Speicherplatz für Tausende von Texten aus, möglicherweise sogar für die größte Bibliothek der Welt, die Library of Congress in den USA.

Die Herausforderung bestand darin, eine geeignete Imaging-Technologie zu entwickeln: einen Bildschirm, auf dem ein solches Buch dargestellt werden könnte, auf einem effizienten, leicht lesbaren und tragbaren Gerät. Jacobson wusste nicht, dass ein Forschungsteam bei Xerox PARC bereits zwei Jahre zuvor einen Prototyp für ein solches Gerät entwickelt hatte. Doch dieses Lesegerät war für den Verbrauchermarkt zu unhandlich.

„Die Vorstellung von einem Buch, das seinen eigenen Schriftsatz übernimmt, klang so schwierig, dass sie mein Interesse weckte.“
Joseph M. Jacobson

Vereinte Kräfte

1995 trat Jacobson eine Stelle als Assistenzprofessor beim Massachusetts Institute of Technology (MIT) Media Lab in Boston an. Dort tat er sich mit Barrett Comiskey zusammen, einem Undergraduate-Mathematikstudenten am MIT, der seine Vision teilte.

Innerhalb von zwei Jahren entwickelten sie eine Methode zur Beeinflussung schwarzer und weißer Partikel innerhalb winziger Blasen (oder Mikrokapseln), die sich zwischen dünnen Kunststofffolienstreifen befanden – ein unausgereifter Vorgänger der heutigen Anzeigen auf Basis von elektronischer Tinte.

Die Erfindung beruhte von Anfang an auf demselben Prinzip: Durch das Anlegen einer Spannung fangen die Partikel an, sich zu bewegen, die Farbe zu ändern und wie Tinte auf einer gedruckten Seite auszusehen. Ein kurzer Spannungsstoß, und der Inhalt einer Seite ändert sich: Auf diese Weise entsteht eine elektronische Anzeige mit dem Aussehen von echtem Papier.

Energieeffizient und augenfreundlich

Die wirtschaftlichen Vorteile der Erfindung von Jacobson und Comiskey zeigten sich bereits früh: Anzeigen auf Basis von elektronischer Tinte konnten nicht nur im Rahmen eines einfachen, kostengünstigen Herstellungsverfahrens produziert werden, ihr niedriger Energieverbrauch entwickelte sich schon bald zu einem der Schlüsselfaktoren für ihren Erfolg.

E-Ink-Anzeigen verbrauchen nur Energie, wenn der Leser die Seite „umblättert“ und sich die Partikelkonstellation ändert, um neue Wörter darzustellen. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber hintergrundbeleuchteten Geräten, deren Anzeigen ganze 40 % ihres Gesamtenergieverbrauchs ausmachen. Im Gegensatz dazu bieten E-Reader wie der aktuelle Amazon Kindle Paperwhite eine Akkulaufzeit von bis zu acht Wochen.

E-Ink-Anzeigen beugen außerdem einer Ermüdung der Augen vor, da sie Umgebungslicht von der Oberfläche der Anzeige an die Augen des Lesers zurückreflektieren. Je mehr Umgebungslicht vorhanden ist, desto heller erscheint der Bildschirm – ähnlich wie bei einem gedruckten Buch und ideal zum Lesen bei hellem Sonnenschein.

E-Ink-Technologie hat das Leseverhalten der Menschen verändert.

Eine neue Art zu lesen

E-ink technology has transformed reading into an interactive experience. At the touch of a button, e-readers offer interactive features like photo galleries and data graphs - a great appeal to children and young adults.

Die E-Ink-Technologie hat das Lesen in eine interaktive Erfahrung verwandelt. E-Reader bieten auf Knopfdruck interaktive Features wie Fotogalerien und Datendiagramme und üben damit eine große Anziehungskraft auf Kinder und Jugendliche aus.

Elektronische Tinte hat auch das Verlagswesen verändert. Digitale Bücher sind vergleichsweise günstig, denn sie sparen Kosten bei Papier, Druck und Vertrieb. Darüber hinaus steigt dank dem E-Reader die Wirtschaftlichkeit der Informationsverbreitung. Anstatt Bücher in einem Geschäft zu kaufen, können die Leser diese per Mausklick herunterladen.

Wandel in der Buchbranche

Obwohl moderne E-Reader entgegen Jacobsons Vision noch nicht in der Lage sind, den gesamten Bestand der amerikanischen Library of Congress von insgesamt 34,5 Mio. Büchern aufzunehmen, ist ihre Speicherkapazität für den einzelnen Leser nahezu grenzenlos. Die aktuelle E-Reader-Generation ermöglicht die Speicherung von bis zu 6.000 Büchern gleichzeitig. Online sind zurzeit mehr als 1,8 Mio. verschiedene Bücher in digitalen Formaten erhältlich.

Betrachtet man das große Ganze, bietet die Technologie das Potenzial, die Preise für Lehrbücher zu senken und Bildung weltweit besser zugänglich zu machen. Eine wachsende Anzahl literarischer Werke steht der allgemeinen Öffentlichkeit bereits kostenfrei über Websites wie Project Gutenberg zur Verfügung.

In Bezug auf die Umweltfreundlichkeit tragen E-Reader erheblich dazu bei, die Umweltauswirkungen der Verlagsbranche zu verringern, indem der Papierbedarf durch energieeffiziente Geräte ersetzt wird.

Breite Palette von Anwendungsmöglichkeiten

Auch andere Branchen können dank der elektronischen Tinte zu neuen Ufern aufbrechen. Die Anzeigetechnologie auf Basis von E-Ink entwickelt sich zur verbreiteten Lösung für elektronische Anzeigen für den Einzelhandel, in Uhren, Mobiltelefonen und Smartcards.

Viele Einzelhändler haben bereits große programmierbare E-Ink-Anzeigen in Geschäften angebracht, um das Interesse ihrer Kunden zu wecken und diese mit aktuellen Informationen zu versorgen.

Umweltfreundliche und haltbare Uhren und Mobiltelefone auf E-Ink-Basis überzeugen durch niedrigen Energieverbrauch und exzellente Sichtbarkeit unter verschiedensten Umgebungsbedingungen, während Smartcards es den Benutzern ermöglichen, vertrauliche Informationen sicher in der Brieftasche aufzubewahren.

Durchschlagender Markterfolg

Eine Vielzahl von Unternehmen am Markt profitieren von Jacobsons und Comiskeys patentierter Erfindung. Anfangs wurde das E-Ink-Projekt von der Gruppe „News in the Future“ sowie dem Konsortium „Things that Think“ (beide gehören zum MIT Media Lab) finanziert. Letzterem gehören etwa 40 Unternehmen an, darunter Branchenschwergewichte wie Microsoft.

Jedes der beteiligten Unternehmen zahlte jährlich 115.000 EUR für das Recht, alle dem MIT erteilten Patente ohne zusätzliche Gebühren nutzen zu können.

Heute haben Unternehmen wie Amazon, Sony und Barnes and Noble die Technologie in ihre E-Reader integriert. Der Kindle von Amazon wurde erstmals 2007 verkauft und verfügte 2011 über einen Marktanteil von 48 % am E-Reader-Markt. Damit ist er das beliebteste Produkt dieser Art.

Betrachtet man das große Ganze, bietet die Technologie das Potenzial, die Preise für Lehrbücher zu senken und Bildung weltweit besser zugänglich zu machen.

Die digitale Verlagsrevolution

Während einige Leser noch an gedruckten Büchern festhalten, nimmt die Akzeptanz von E-Readern stetig zu. Verbraucher haben im Jahr 2011 weltweit 14,7 Mio. E-Reader gekauft. 2010 lag diese Zahl noch bei 12 Mio.

In den USA machen E-Books bereits 15 % sämtlicher Buchverkäufe aus, während in Europa Großbritannien mit 13 % zu den Spitzenreitern zählt. Jährlich werden etwa 3 Mrd. E-Books verkauft.

Genau in diesem Moment wird die Geschichte des digitalen Verlagswesens in elektronischer Tinte niedergeschrieben, ermöglicht durch die Entwicklung der Anzeigetechnologie auf Basis von E-Ink durch Jacobson und Comiskey.


Funktionsweise

Eine E-Ink-Anzeige besteht aus dünnen Schichten Kunststofffolie, die mittels Laminierung an einer elektronischen Schaltkreisschicht befestigt sind und elektronische Tinte enthalten. Diese Tinte besteht aus Millionen winziger Blasen, die mit weißen und schwarzen Partikeln gefüllt sind.

Die positiv geladenen weißen und die negativ geladenen schwarzen Partikel befinden sich in einer transparenten Flüssigkeit und bewegen sich je nach angelegter Spannung an die Oberseite der Mikrokapsel.

Wird eine negative Spannung angelegt, steigen die weißen Partikel nach oben und werden für den Benutzer sichtbar, während die schwarzen Partikel auf den Grund sinken. Andersherum werden die schwarzen Partikel oben an der Mikrokapsel sichtbar und die weißen Partikel sinken nach unten, wenn eine positive Spannung angelegt wird.

Die E-Papier-Anzeige zeigt Pixel in Form weißer oder schwarzer elektronischer Tinte an, die zusammen Buchstaben, Zahlen und Bildern formen. Sobald das Bild auf der Anzeige sichtbar ist, wird keine Energie mehr benötigt, weil die Partikel ihre Position eigenständig wahren können.

Anstelle einer Hintergrundbeleuchtung wird Umgebungslicht von der Anzeige an die Augen des Lesers zurückreflektiert, daher wird keine zusätzliche Energie benötigt. Energie wird nur verbraucht, wenn das dargestellte Bild sich ändert. Auf diese Weise beträgt die Akkulaufzeit mit einer einzigen Aufladung mehrere Wochen.

Elektronische Tinte, digitales Verlagswesen und die E-Book-Revolution

Ein früher Vorgänger der modernen E-Reader, das Apple Newton MessagePad, kam 1993 auf den Markt. Dieses Gerät bot eine Akkulaufzeit von nur 24 Std. (bei eingeschalteter Hintergrundbeleuchtung) sowie 4 MB Speicherplatz (entsprechend 40 E-Books) bei einem Gewicht von 640 g. Heute können auf den elektronischen Lesegeräten bis zu 6.000 Bücher gespeichert werden, die Akkulaufzeit beträgt bis zu 8 Wochen und das Gewicht ca. 200 g.

Die E-Reader sind mittlerweile außerdem kostengünstiger. Dank konstanter Weiterentwicklung ist der Durchschnittspreis im Laufe der Jahre gesunken. Die Kindle-Reader der ersten Generation kosteten 399,00 USD, mittlerweile liegt der Einstiegspreis bei 69,00 USD.

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