Techuitdagingen van start-ups

Ieder jaar beginnen in de lage landen tientallen techstart-ups die grootse dromen hebben, maar technische hobbels moeten overwinnen om die dromen waar te maken. In dit artikel bespreken we waar VideowindoW zoal tegenaan liep bij het ontwikkelen van lcd-modules voor gebruik in ramen.

Transparante beeldschermen zijn in sciencefictionfilms en -series al jaren populair. Bekende voorbeelden zijn de smartphones in Black Mirror en de computers in The Avengers. Sinds een paar jaar is het mogelijk om dergelijke schermen daadwerkelijk te ontwikkelen. Veel fabrikanten van oled-tv's, zoals LG en Xiaomi, spelen daar gretig op in. In China worden transparante schermen zelfs in ramen van metro's geïntegreerd.

Sinds een paar jaar is er ook een Nederlandse speler actief op de markt van transparante videoschermen: VideowindoW uit Delft. Dit bedrijf pakt het echter anders aan; het gebruikt lcd-panelen in plaats van de oledschermen van LG en Xiaomi, en spitst zich volledig toe op toepassing in ramen. Daarbij gaat het niet om de ramen van metro's, maar om die van gebouwen zoals luchthavens, musea en universiteiten. Inmiddels hangen displaymodules van het bedrijf onder meer bij Rotterdam The Hague Airport, en de start-up plant de stap naar de consumentenmarkt. Om de lcd-schermen te ontwikkelen - die ook moeten kunnen omgaan met daglicht - moesten eerst veel technische hobbels worden overwonnen.

Bedrijf: VideowindoW
Opgericht: 2017, Delft
Initiatiefnemer: Remco Veenbrink
Product: Transparante, energiezuinige lcd-modules die worden geïntegreerd in ramen
Productiefase: De schermen zijn klaar en worden reeds aangeboden
Prijs: Het product wordt aangeboden in leasevorm. Lease kost 150 euro per m² per maand, voor een periode van vijf jaar.

Remco Veenbink, Videowindow — Remco Veenbrink

Het idee achter de lcd-modules is afkomstig van beeldend kunstenaar Remco Veenbrink. Hij wilde dat zo veel mogelijk mensen zijn videokunstprojecten konden bekijken, maar gewone televisies deden naar zijn mening geen recht aan die projecten. Die 'vechten' volgens hem tegen het daglicht. De bioscoop was een betere optie, maar daarvoor moeten mensen naar een zaal om in het donker naar de content te kijken. Eigenlijk was er dus geen enkel ideaal medium voor bewegend beeld, bedacht Veenbrink. De kunstenaar wilde daarom zelf een medium ontwerpen dat 'in harmonie samenleeft met het daglicht'. Daarmee zouden mensen de kunst van hemzelf en anderen kunnen zien zonder daarvoor in het donker te moeten zitten en zonder dat het daglicht een belemmering vormt voor de kijkervaring.

Veenbrink richtte zich op glas-in-lood, aangezien die techniek volgens hem wordt versterkt door daglicht. Hij wilde een glas-in-loodervaring creëren, maar dan met bewegend beeld. Eigenlijk was het plan dus om een videodisplay te verwerken in glas, met de zon als backlight. Het idee was daarbij om een serie modules te integreren in de ramen van openbare gebouwen, zoals luchthavens en musea. Die modules bestaan uit gesegmenteerd, tintbaar glas. Elk segmentje ervan is een aanstuurbare pixel, en samen vormen die pixels het grote scherm waar videocontent op kan worden afgespeeld. Dat het materiaal tintbaar is, zorgt ervoor dat het glas donkerder wordt naarmate het zonlicht sterker is, en lichter als het zonlicht afneemt. Daarmee hoopte Veenbrink een medium te maken dat samenwerkt met daglicht.

Om te bewerkstelligen dat de helderheid van het glas automatisch wordt aangepast op basis van de hoeveelheid zonlicht, liet Veenbrink zich inspireren door de laskap. "Als je gaat lassen, wordt het vizier van de kap donker zodat het felle licht je ogen niet beschadigt", legt hij uit. "Dat is een interessante gedachte, dus ik ben gaan uitzoeken welke technologie eraan ten grondslag ligt." Dat blijkt liquid crystal te zijn. Zodra hij wist dat de modules lcd's moesten zijn, kon hij aan de slag.

Pixel per paneel

TN-lcd pixels — Een TN-lcd-module van 10x10 centimeter

Aangezien Veenbrink weinig technologische kennis had, begon hij met een simpele opzet. De eerste modules waren TN-lcd's van 10x10 centimeter, waarbij elk paneel één pixel was. In totaal wilde Veenbrink voor de eerste validatie negen pixels aan elkaar solderen. Dit deed hij met draad op een spoel. "Daar werd ik heel ongelukkig van. Ik moest bij het koper komen, maar daarvoor moest ik eerst de isolatielaag eraf branden. Dat ging vaak fout. Ik gebruikte gewoon een gasbrander, dus het verkoolde allemaal." Uiteindelijk heeft hij het werk uit handen gegeven aan experts die over het juiste gereedschap voor deze taak beschikten.

Door de lage resolutie had het 'scherm' een afleesafstand van zo’n honderd meter. "Die lage resolutie vond ik wel intrigerend. Je brein vult zelf aan wat je mist aan resolutie en probeert er altijd iets van te maken. In artistiek opzicht vond ik dat enorm interessant." Met een Arduino probeerde hij zelf software te schrijven om een stukje van een filmpje in deze negen pixels samen te brengen. "Dat lukte niet helemaal, dus uiteindelijk heb ik een kennis uit de theaterwereld erbij gehaald om me te helpen."

De pixelart vond hij zelf erg tof en kunstzinnig, maar luchthaven Schiphol, waar hij het idee pitchte, was er minder enthousiast over. Veenbrink: "Ze vonden het basisidee weliswaar interessant, maar dan vooral voor commercieel gebruik. Ze wilden het gebruiken voor het tonen van reclames." De resolutie moest daarvoor dusdanig worden verhoogd dat er leesbare logo’s mee kunnen worden weergegeven. "Ik bedacht dat ik het echt serieus aan moest pakken, als ik deze stap wilde maken." Hij besloot om het lcd-in-glasidee van kunstprojectje om te vormen naar een project waar hij vanaf dat moment al zijn arbeidstijd in ging stoppen.

VideoWindow pixels 10cm — Render van een VideowindoW met modules van 10x10cm

TN-lcd-module

Met financiering van de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland probeerde Veenbrink een module te sourcen met pixels van 15x15 millimeter, dus veel kleiner dan de 10x10cm-pixels van het eerste prototype. Voor deze doorontwikkeling ging hij met dat prototype naar een Duitse fabrikant. Veenbrink: "Ik zei tegen ze: 'Dit is het principe. Ik wil dat jullie een lcd maken op basis van dit principe, maar met een hogere resolutie'. De salesmanager daar zei vrijwel meteen: 'Leuk hoor, maar dat kan helemaal niet'." De kunstenaar liet zich niet zomaar wegsturen en wist uiteindelijk de engineers te spreken. "Zij vertelden echter ook dat het niet kon."

Veenbrink wilde voor zijn product de spanning van elke individuele pixel op zijn TN-lcd-schermen aan kunnen passen, zodat het mogelijk is om de helderheid van de pixels individueel te beïnvloeden. Zoiets is mogelijk met pulse width modulation (pwm) oftewel pulsbreedtemodulatie. Daarbij bied je een vaste spanning aan in intervallen. “Zo kun je een spanning creëren die lager is dan de spanning waarmee je het feitelijk aanstuurt.” Met pwm is het mogelijk om de transparantie te beïnvloeden, van volledig transparant naar volledig zwart en alles daartussenin. Daarvoor moet elke pixel echter rechtstreeks worden aangestuurd.

TN-lcd module — Een TN-lcd-module bestaat uit twee glasplaten op elkaar, met daartussen het liquidcrystallaagje. Op een van de glasplaten zitten thin-film transistors.

TN-lcd modules — De TN-lcd-modules met pixels van 15x15 millimeter

De Duitse engineers hadden in het verleden al eens een op pwm gebaseerde module gemaakt. Het probleem zat echter in het feit dat ze dachten dat het onmogelijk was om hem aan te sturen op de benodigde videofrequentie van minstens 25fps. "De bottleneck zat bij de chip-on-glass. De throughput was geen probleem, maar de fpga-driver van de chip kon de verversingsfactor in combinatie met de hogere resolutie niet aan." Daarom besloot Veenbrink om die driver zelf aan te passen. Dat deed zijn start-up in samenwerking met het Nederlandse Kitt Engineering. "We hebben dus eigenlijk een adresseerbare module gemaakt in plaats van adresseerbare losse pixels", vertelt Veenbrink. "Het werd best een uniek scherm."

Het was op deze manier gelukt een pixel ter grootte van 15x15 millimeter te maken, maar desondanks was Schiphol nog steeds niet om. Veenbrink en zijn team probeerden het daarom bij Rotterdam The Hague Airport. Daar werd het product wél enthousiast onthaald. Eindelijk had de start-up een klant waar een scherm kon worden opgehangen.

Zonweringssubstituut

Naast de mogelijkheid om content te tonen, heeft de VideowindoW een extra functionaliteit: hij kan als zonwering worden gebruikt. Dat is eerder een handige bijkomstigheid dan dat die functie vooraf was bedacht. Het idee ontstond toen de start-up in gesprek was met Schiphol. Veenbrink: "Daar gebruikte men jaloezieën voor de ramen, als zonwering. Dat was een suboptimale oplossing, want jaloezieën kunnen alleen worden gebruikt als het niet te hard waait." Daar kwam bij dat de VideowindoW niet werkt als jaloezieën worden gebruikt, omdat er dan geen buitenlicht meer is. Veenbrink wilde de jaloezieën daarom kunnen vervangen. Daarom integreerde zijn start-up lichtsensoren in het glas, die in combinatie met in-house ontwikkelde algoritmes de content afhankelijk van het zonlicht en de temperatuur lichter of donkerder af laat spelen.

Het scherm is om die reden monochroom, maar het is technisch ook niet wenselijk om er een kleurenscherm van te maken: "We hebben geen rood-groen-blauw-subpixels aan laten brengen op onze square pixels. Die rgb-subpixels nemen veel licht weg en vormen een aardig donker filtertje zodat er alsnog backlight in zou moeten." Andere digitale reclameborden gebruiken door die backlight veel energie. Met de huidige energiecrisis heeft dat er onder andere toe geleid dat dergelijke displays in Duitsland overdag en ’s nachts uit moeten staan.

Nu is de VideowindoW niet louter een reclamebord, maar omdat al het tegenlicht gegenereerd wordt door zonlicht hoeft de start-up niet bang te zijn voor zulke maatregelen. Het huidige scherm verbruikt acht watt per vierkante meter, en Veenbrink heeft als ambitie om het energiegebruik op de lange termijn nog verder te verlagen.

MVP Videowindow — Het *minimum viable product* op Rotterdam The Hague Airport

Een manier waarop de start-up dat klaar wil spelen, is door de lcd-modules tussen speciaal daarvoor gesneden dubbelzijdig glas te plaatsen. Dat is nu al mogelijk, maar volgens Veenbrink zijn klanten er niet happig op omdat ze op hun eigen glas veel langer garantie hebben dan op het glas van VideowindoW.

Om die reden laten de plekken waar een VideowindoW hangt, zoals Rotterdam The Hague Airport en start-upincubator Yes!Delft, de modules momenteel vóór het bestaande glas hangen. Dat werkt voor de mediabeleving net zo goed, geeft Veenbrink toe, maar als de start-up meer energie wil besparen, moet de module toch echt onderdeel worden van het buitenglas. "Op die manier vang je de warmte die dankzij de zon op het glas valt af door donkere content af te spelen en kun je vervolgens die warmte weer naar buiten afgeven. Als je het glas aan de binnenkant van nog een extra laag voorziet, vang je de warmte weliswaar op, maar geef je hem vervolgens binnen weer af. Dan is de airco alsnog bezig om die warmte af te voeren."

Resolutieoverkill

Vijf jaar lang was VideowindoW voornamelijk bezig met het aldoor verbeteren van de hardware. Tegenwoordig is de resolutie van een scherm 1920x1080 pixels, met een afmeting van 0,744x0,744mm per pixel. Ook wordt er nu voor de schermen gebruikgemaakt van ips, omdat de kijkhoek van TN te beperkt bleek. De displays zijn momenteel dus erg vergelijkbaar met gewone lcd-tv-schermen, alleen wordt er voor dit monochrome scherm gebruikgemaakt van square pixels in plaats van subpixels, en zit er natuurlijk geen backlight in.

Hoewel het momenteel al mogelijk is om losse 4k-modules te maken, heeft dat volgens de kunstenaar geen nut. "Da’s overkill. Op Rotterdam The Hague Airport hebben we 14m² en daarvoor gebruiken we twaalf modules van 65 inch. Dat is al twaalf keer 2k, dus 24 miljoen pixels. Voor zulke hoeveelheden pixels wordt helemaal geen content gemaakt." Ook de huidige 1080p-modules zijn over het algemeen al overkill, zegt Veenbrink. De twaalf modules vormen samen een 24k-scherm, maar de beeldkwaliteit wordt vaak al gedowngraded naar 2k, behalve voor content die VideowindoW zelf rendert.

De overbodig hoge resolutie vereist veel rekenkracht, die ook nodig is voor het aansturen van de achterliggende software die onder andere de eigen content in real time rendert. Hiervoor wordt momenteel een AMD Radeon RX 6700-gpu gebruikt. Alle software wordt overigens geschreven in Rust, omdat die taal volgens de start-up hetzelfde kan als C++, maar extra geheugenveiligheidsgaranties biedt.

Dat VideowindoW niet meer bezig is met revisies, betekent dat het bedrijf momenteel al zijn tijd steekt in de uitrol van de VideowindoW. Naast uitbreiding van het aantal schermen in openbare ruimtes, plannen Veenbrink en zijn team ook de stap naar de consumentenmarkt. "We zijn van plan om losse units van 65 inch te verkopen aan consumenten. Daar is de grootste schaalvergroting te bereiken, denk ik."

Het uiteindelijke doel is dan ook dat een VideowindoW gemeengoed wordt, niet alleen op plekken als luchthavens, musea en universiteiten, maar ook bij mensen thuis. Een keukenraam omvormen tot persoonlijke agenda noemt Veenbrink als voorbeeld van een 'nuttige toepassing' voor consumenten. "Aan onze techniek ligt het niet", beweert hij. "Nu is het nog wachten op algemene acceptatie, en dat is een proces dat lang kan duren."

Voorbeelden van toepassingen van VideowindoW

In de serie Techuitdagingen van start-ups lichten we de technische problemen waar jonge start-ups mee worstelen uit. Ken je kleine techstart-ups met een interessant verhaal? Laat het ons weten. Let op: het gaat niet om commerciële uitingen en de redactie bepaalt onafhankelijk of een onderwerp interessant genoeg is.

Eerder in deze reeks verschenen: