Onverwachte mogelijkheden van e-paper

Voor meer bruikbaar dan alleen de e-reader

Ruim 10 jaar geleden kwamen de eerste displays op de markt op basis van e-paper. In eerste instantie waren ze bedoeld om kranten en boeken in een elektronische variant te kunnen uitgeven. Ondertussen zien we dat e-paper is uitgegroeid tot een displayvorm die ongekende mogelijkheden biedt en bruikbaar is voor veel meer dan alleen de rechtstreekse vervanging van papier.

In de jaren 90 van de vorige eeuw ontwikkelde Joseph Jacobson de eerste echt bruikbare vorm van e-paper. Ondertussen is zijn bedrijf E Ink een belangrijke speler op de markt en maakt men films waarmee displays gemaakt kunnen worden.
De meeste mensen kennen e-paper van de diverse e-readers de overal te koop zijn. Bijna allemaal zijn ze uitgerust met dezelfde displaytechnologie, maar aangezien men e-paper in verschillende kwaliteiten kan maken, zijn er duidelijke verschillen zichtbaar tussen de diverse e-readers. Wat menigeen niet weet, is dat er ook e-paper gemaakt wordt voor industrieel gebruik. Deze vorm van e-paper is nog beduidend beter dan de displays van de duurdere e-readers. Industrieel gebruik vraagt namelijk dat de resolutie zeer hoog moet zijn bij een zeer goede leesbaarheid. Ook met leesapparatuur zoals barcodelezers moet namelijk het e-paper te lezen zijn.
Juist deze industriële versies van e-paper zijn interessant voor een groot aantal toepassingen waar nu bijvoorbeeld LC-displays ingezet worden en zaken als leesbaarheid en vandaalbestendigheid een rol spelen. In alle gevallen geldt dat e-paper één heel belangrijk pluspunt heeft, namelijk het energiegebruik. Ten opzichte van een TFT-scherm is dat aanzienlijk lager omdat e-paper geen achtergrondverlichting nodig heeft. Op plekken waar voldoende omgevingslicht aanwezig is, is e-paper daardoor altijd energiebewuster. Wordt daarentegen het display op een plek zonder achtergrondverlichting gebruikt, dan vervalt dit energievoordeel omdat het scherm dan op de een of andere manier aangelicht moet worden. Wel blijft over het energievoordeel dat ontstaat doordat e-paper niet vele malen per seconde herschreven hoeft te worden.
Een hele belangrijke factor is de leesbaarheid in direct zonlicht. Allemaal weten we dat een TFT-scherm dan niet leesbaar is. Bij e-paper is dit precies andersom. Hoe meer licht er op valt, hoe beter het display afleesbaar is (zie de kopfoto). De enige factoren die eventueel de leesbaarheid kunnen beïnvloeden zijn reflectie van licht op een eventuele glas- of kunststoffen plaat die over het display gelegd is en het feit dat grote witte vlakken wel eens heel erg kunnen schitteren wanneer er grote hoeveelheden zonlicht direct op valt.

Hoe werkt het
Een display opgebouwd met e-paper bestaat uit twee belangrijke delen, namelijk de e-paperfilm en de elektronica om het display aan te sturen. De film bestaat uit twee lagen flexibel kunststof met daartussen duizenden microcapsules gevuld met een vloeistof waarin witte en zwarte geladen deeltjes zweven. Doordat de witte en zwarte deeltjes een verschillende lading hebben, kan met een extern veld er voor gezorgd worden dat of de witte of de zwarte deeltjes zich boven in de capsule bevinden (zie figuur 1). De boven en onderkant van de film is uitgevoerd als een elektrode met de gewenste pixelmatrix (figuur 2). Hierbij is de bovenste lichtdoorlatend met als gevolg dat licht dat op de film valt gereflecteerd wordt op de plekken waar de witte deeltjes boven liggen en geabsorbeerd worden op de plekken waar de zwarte deeltjes boven liggen. Tekst, tekeningen en foto’s worden zo zichtbaar.
Een belangrijke eigenschap van de bolletjes is dat ze bistabiel zijn. Dit wil zeggen dat het voldoende is om het elektrisch veld even actief te hebben. Nadat de bolletjes naar de gewenste kant van de film zijn gegaan, kan het veld uitgeschakeld worden en blijft de situatie gehandhaafd totdat er opnieuw een veld aangelegd wordt. Dit maakt dan ook dat e-paper zeer zuinig met energie om gaat. Alleen als er iets anders op het scherm weergegeven moet worden, wordt er energie gebruikt. E-paper is wat dit punt betreft te vergelijken met normaal papier. Hier wordt immers ook alleen maar energie gebruikt tijdens het drukprocedé.
De pixelmatrix moet natuurlijk nog wel aangestuurd worden. Densitron Displays en Pervasive Displays zijn o.a. firma’s die de films van E Ink voorzien van de juiste elektronica zodat het display veel gemakkelijker is aan te sturen. Zij bouwen de e-paper-film in een display dat via een SPI-bus is aan te sturen. Figuur 3 toont het aansluitschema van een display van Pervasive. Naast de SPI-bus en een aantal controlaansluitingen zijn er een aantal condensatoren vereist voor het maken van ladingspompen voor het verkrijgen van de gewenste elektrische veldsterkte voor de pixels.

Voor het complete artikel klik hier

Voor meer informatie over E INK: www.eink.com

Voor meer informatie over Pervasive Displays: www.pervasivedisplays.com

Voor meer informatie over Densitron: www.densitron.nl

Voor veel informatie over het praktische gebruik van e-paper: http://repaper.org