Elektroforetische displays

Uit Technotheek
Versie door Jet (Overleg | bijdragen) op 30 okt 2012 om 17:11
(wijz) ← Oudere versie | Huidige versie (wijz) | Nieuwere versie → (wijz)
Ga naar: navigatie, zoeken
Elektroforetische displays
Elektroforetisch.jpg
Eigenschappen
Categorie: Componenten
Originele auteur: Willem Haanstra en Yolanda Koevoets
Jaar: 2010
Wikipedia link: Electronic paper

Inhoud

Inleiding

Elektroforetisch papier, ofwel E-paper, is een beeldschermtechnologie waarbij de individuele pixels van een display door middel van een elektrisch veld geschakeld worden. Anders dan bij conventionele platte displaytechnieken, waarbij een backlight nodig is om de pixels te verlichten, reflecteert elektroferetisch papier licht, net als gewoon papier. Hierdoor blijven elektroforetische displays goed leesbaar bij veel omgevingslicht, zoals buiten in de volle zon. Wanneer er geen spanning op de pixels worden aangebracht, blijft het laatste beeld op de display bewaard. Enkel het veranderen van de inhoud van de display kost energie. Dit effect heet bistabiliteit en maakt de technologie zeer energie-efficiënt wanneer de informatie op de display statisch blijft.

Beschrijving

Er vallen verschillende displaytechnieken onder de naam Elektroforetisch. Momenteel zijn de vier belangrijkste technieken:

Microcapsules

Microcapsules

E-paper wekend met de microcapsulestechniek bestaat uit een display met daarin miljoenen capsules (1) ter grootte van ongeveer 40 μm. Deze capsules, gevuld met een transparante olie (3), bevatten positief geladen witte inktbolletjes (2) en negatief geladen zwarte inktbolletjes (4). Hieronder liggen elektrodes (5). Door de elektrodes van lading te laten veranderen zullen afwisselend de zwarte of witte bolletjes naar de bovenkant van het display komen. Wanneer er dan licht op de reflecterende laag (6) valt zal dit door de transparante bovenlaag (7) schijnen, dit resulteert in een wit, zwart of zwart/wit uitziend bolletje. Met deze technologie kunnen ook kleuren worden weergegeven, hiervoor moet echter een RGB-kleurenfilter worden aangebracht, één kleurpixel zal dan bestaan uit drie zwart-witpixels met hierover een kleurfilter.
Eigenschappen:

  • Bistabiliteit:

Wanneer de inktbolletjes op hun plaats getrokken of geduwd zijn is er geen elektrische spanning meer nodig om dit in stand te houden.

  • Flexibiliteit:

De gehele diplaydikte is tweemaal de diameter van een capsule. Wanneer er daarom een flexibele achterwand wordt gebruikt zal het gehele scherm flexibel zijn.

  • Refresh Rate:

Een pixelschakelsnelheid van 250-500 ms geeft een verversingssnelheid van 4 tot 2 Hz.

  • Energieverbruik:

Alleen bij het verversen van het beeld is een relatief kleine hoeveelheid energie nodig.

  • Bijkomend voordeel:

Grote leeshoek mogelijk door reflectieve bovenlaag.

  • Nadelen:

Door de lage refresh rate is deze techniek niet geschikt voor het vloeiend afspelen van videobestanden en is er een late reactie bij het beschrijven van het display.
Omdat er 3 pixels nodig zijn om 1 kleurenpixel te maken is er een relatief laag kleurencontrast.

Electrowetting

Electrowetting

Bij deze displaytechnologie wordt gebruik gemaakt van een kleine hoeveelheid inkt per pixel van 250 μm (1). Deze inkt zit tussen een waterlaag (2) en een waterafstotende, reflecterende laag (3). Onder deze lagen zitten elektroden (4) die zorgen voor een eventuele spanning op de pixel, wanneer dit gebeurt zal het waterafstotende effect van de onderste laag opgeheven worden en zal het water naar de hiernaartoe bewegen, hierdoor wordt de inkt in een hoekje wordt weggeduwd (5). Wanneer er in deze stand licht op de pixel valt (6) zal bijna al het licht worden gereflecteerd en zal de pixel er wit uitzien. Kleur kan gerealiseerd worden door een extra inktlaag toe te voegen met de daarbij horende waterafstotende- en elektrodelaag. Hierdoor kan één pixel twee verschillende kleuren weergeven. Er wordt gewerkt met de kleuren Magenta, geel en blauw.
Eigenschappen:

  • Bistabiliteit:

De vorm van de inkt (uitgespreid of in bolvorm) hangt af van de eventuele spanning die erop wordt gezet. Voor het in stand houden van deze vorm is geen elektrische spanning nodig.

  • Flexibiliteit:

Met een displaydikte van 80 μm is erg dun. Wanneer er een flexibele achterwand wordt gebruikt zal het gehele scherm flexibel zijn.

  • Refresh Rate:

Een pixelschakelsnelheid van 10 ms geeft een verversingssnelheid van ongeveer 100 Hz.

  • Energieverbruik:

Alleen bij het verversen van het beeld is een relatief kleine hoeveelheid energie nodig.

  • Bijkomend voordeel:

Doordat er twee kleuren per pixel kunnen worden weergegeven is er een relatief groot kleurcontrast mogelijk.
De refresh rate is klein genoeg om vloeiend video interactieve inhoud mee weer te geven.

  • Nadelen:

Relatief duur in vergelijking met de microcapsuletechniek.

Bistabiel Reflectief LCD (Cholesteric LCD)

Bistabiel Reflectief LCD

Deze displaytechnologie maakt gebruik van vloeibare kristallen. Anders dan bij conventionele LCD’s wordt er geen gebruik gemaakt van polarisatiefilters, maar de kristallen zelf kunnen licht reflecteren of doorlaten, afhankelijk van de oriëntatie van het de kristallen. Door het voltage te variëren, wordt de oriëntatie van de kristallen gevarieerd en daarmee ook de reflectiviteit van de subpixels. Het gehele display bestaat uit verschillende kleurfilters met elk een laagje kristallen eronder. Aan de onderkant bevindt zich een lichtabsorberende laag om de contrastratio te verhogen.
Eigenschappen:

  • Bistabiliteit:

Het display is bistabiel door het gebruik van cholesterische vloeibare kristallen.

  • Flexibiliteit:

Wanneer een kunststof frontplane gebruikt wordt dan is het hele display licht buigbaar.

  • Refresh Rate:

Een pixelschakelsnelheid van 10 tot 20 ms geeft een verversingssnelheid van 50 tot 100 Hz. Dit is genoeg om vloeiend video interactieve inhoud mee weer te geven.
Het display heeft weinig last van ghosting en image retention (wanneer een spookbeeld van het vorige beeld achterblijft na een refresh).

  • Energieverbruik:

Alleen bij het verversen van het beeld is een relatief kleine hoeveelheid energie nodig.

  • Bijkomend voordeel:

De techniek maakt gebruik van bestaande kennis over LCD schermen. Onderdelen zoals actieve matrix backplanes en de aansturingshardware voor LCD schermen kunnen direct gebruikt worden voor Cholestrische LCD’s.

  • Nadelen:

Doordat het een relatief nieuwe technologie is, zal de prijs voorlopig hoog blijven.

MEMS (Micro Elektro Mechanische Systemen)

MEMS

Deze displaytechnologie is afgekeken uit de natuur. Het werkt op een zelfde manier waarop pauwen en vlinders aan hun kleuren komen. Omgevingslicht bestaat uit licht met verschillende golflengten. De helft van dit invallende licht wordt gereflecteerd door een half transparante spiegelende laag aan de bovenkant van de subpixel. Het licht wat doorgelaten wordt legt een korte afstand af in een klein laagje lucht waarna het teruggereflecteerd wordt door de eerstgenoemde laag. Door de afstand tussen deze lagen goed te kiezen interfereren de twee lichtstralen met elkaar aan de bovenzijde van de subpixel. Hierbij worden ongewenste golflengten uitgedoofd terwijl de gewenste golflengten versterkt worden. Wanneer er een voltage op de subpixel aangebracht wordt, wordt de onderste reflectieve laag omhoog getrokken, waardoor de laagafstanden kleiner worden. Hierdoor verschuift het gereflecteerde licht naar ultraviolet, waardoor de pixel zwart lijkt.
Eigenschappen:

  • Bistabiliteit:

Het display is bistabiel door het elektrostatische hysteresis in de onderste dunne reflectieve laag.

  • Flexibiliteit:

Het diplay is niet buigbaar door het materiaalgebruik en de hoogte van de pixels.

  • Refresh Rate:

Een pixelschakelsnelheid van 10 tot 20 ms geeft een verversingssnelheid van 50 tot 100 Hz. Dit is genoeg om vloeiend video interactieve inhoud mee weer te geven.
Het display heeft weinig last van ghosting en image retention (wanneer een spookbeeld van het vorige beeld achterblijft na een refresh).

  • Energieverbruik:

Alleen bij het verversen van het beeld is een relatief kleine hoeveelheid energie nodig.

  • Bijkomend voordeel:

De techniek maakt gebruik van bestaande kennis over LCD schermen. Onderdelen zoals actieve matrix backplanes en de aansturingshardware voor LCD schermen kunnen direct gebruikt worden voor MEMS displays.

  • Nadelen:

Doordat er mechanische onderdelen gebruikt worden zal het scherm in zekere mate last hebben van slijtage. Het zwakste punt van de technologie is de dunne reflecterende laag.

Toepassingen

De meest voordehandliggende toepassingen van E-paper zijn als vervanging van geprinte documenten, zoals boeken, tijdschriften, kranten, notieblokken, ingelijste foto’s, of naslagwerken. Ook kan de technologie in veel gevallen LCD schermen vervangen in energiekritische toepassingen zoals mobiele telefoons, laptops, tablets, mp3 spelers, navigatiesystemen of horloges. Ook kunnen dingen zoals verkeersborden, prijskaartjes, posters of busschema’s van E-paper gemaakt kunnen worden.

Milieuaspecten

Niet alle technieken voor het maken van E-paper zijn even milieuvriendelijk. De productie van de schermen kost veel energie en er wordt soms gebruik gemaakt van giftige stoffen. Het grote voordeel aan E-paper is dat het fysiek papier vervangt. Dit is een groot milieuvoordeel aangezien er veel CO2 vrijkomt en er veel water wordt gebruikt bij het produceren van papier. In vergelijking met de LCD schermen wordt er geen gebruikt gemaakt van een backlight, stilstaande beelden verbruiken helemaal geen energie (bistabiliteit) en bij het verversen van een beeld is slechts een kleine hoeveelheid energie nodig, minder dan bij een LCD scherm. Bij het gebruik van E-paper in plaats van LCD schermen kan dus een hoop energie bespaard worden.

Leveranciers en kenniscentra

Liquivista, E-Ink, Qualcomm, Fujitsu, Hitachi, Kent-displays, Gamma Dynamics, Samsung, LG, SiPix, Bridgestone, Kodac, Nemoptic, ZBD Display, Acreo, Aveso, Ntera, Siemens, Opalux, Zikon Corp., HP, NEC, Plastic Logic, Polymer Vision, Prime View International, Ricoh, Seiko Epson.

Persoonlijke instellingen
Naamruimten
Varianten
Handelingen
Navigatie
Hulpmiddelen