Elektronisches Papier Nicht nur Schwarz-Weiß: Die E-Paper bekommen etwas Farbe

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Sie sind gut lesbar und benötigen nur wenig Energie: E-Paper oder auch EPD. Bisher gab es sie nur in Schwarz-Weiß. Neben Gelb und Rot will ein Hersteller bis zu acht Farben darstellen können.

Elektronisches Papier, kurz E-Paper, besteht in der Regel aus zwei Trägermaterialien und einer dazwischen befindlichen Tinte. Diese setzt sich aus Millionen winziger Partikel zusammen. Jeder Partikel hat ungefähr den Durchmesser eines menschlichen Haares.

Das elektronische Tintensystem des schwarz-weißen E-Papers besteht aus negativ geladenen weißen Partikeln und positiv geladenen schwarzen Partikeln, die in einer klaren Flüssigkeit suspendiert sind. Wenn ein positives oder negatives elektrisches Feld angelegt wird, wandern die entsprechenden Teilchen an die Spitze der Mikrokapsel, wo sie für den Betrachter sichtbar werden. Dadurch erscheint die Oberfläche an dieser Stelle weiß oder schwarz.

Wenig Energie dank bi-stabiler Eigenschaften

Farbiges E-Paper gibt es in den Varianten Schwarz, Weiß sowie Rot oder Gelb. Jede Mikrokapsel enthält weiße Teilchen mit negativer Ladung, schwarze Teilchen mit positiver Ladung und rote oder gelbe Teilchen mit positiver Ladung in der transparenten Flüssigkeit. Werden unterschiedliche Spannungen angelegt, so werden die verschiedenen Farbpartikel in die obere Schicht bewegt, sodass unterschiedliche Farben zu sehen sind.

Die E-Paper-Displays (EPD) geben dem Betrachter aufgrund des Funktionsprinzips ein papierähnliches Kontrastverhältnis. Sie sind aufgrund des Reflexionsprinzips undurchsichtig. Dadurch erreicht man einen Betrachtungswinkel von 180°, selbst bei direkter Sonneneinstrahlung. Durch eine Frontbeleuchtung lassen sie sich auch bei Dunkelheit ablesen.

Außerdem sind die EPD bi-stabil. Sie verbrauchen nur dann Strom, wenn die Anzeige aktualisiert wird. Für das dargestellte Bild oder Text wird kein Strom benötigt. Die für die Aktualisierung benötigte Leistung hängt von der Größe des Displays ab, liegt aber in der Größenordnung von wenigen Mikrowatt. Somit eignen sich die E-Paper batteriebetriebene und tragbare Anwendungen.

Das Problem mit der Auffrischung von Inhalten

Die Einschränkungen bei einem E-Paper liegen in der langsamen Aktualisierungsgeschwindigkeit der Inhalte. Grund ist die Neuanordnung der Partikel. Teilweise Auffrischungen der Bildinhalte können das Problem beheben, verschlechtern aber das Kontrastverhältnis. Nur durch eine vollständige Aktualisierung kann das ursprüngliche Kontrastverhältnis wiederhergestellt werden. Die Aktualisierungszeiten für vollständige und teilweise Aktualisierungen können individuell angepasst werden.

Allerdings ist zu beachten, dass die Bildqualität umso schlechter werden kann, je schneller die Auffrischung erfolgt. Wenn die Auffrischungszeit zu kurz ist, können sich die Farbpartikel nicht vollständig lösen, und das Bild kann grau erscheinen. Dieser Effekt heißt Ghosting. Um solche Geistereffekte zu vermeiden, empfiehlt es sich, nach fünf Teilauffrischungen das Display vollständig aufzufrischen. Bei den dreifarbigen E-Paper-Displays sind partielle Auffrischungen nicht möglich. Sie haben eine längere Aktualisierungszeit. Durch die langsame Aktualisierungsgeschwindigkeit lassen sich Animationen und Videoraten nur schwer darstellen.

UV-Strahlen und Temperaturen unter Null

Die direkte Einwirkung von UV-Licht lässt die Tintenkapseln austrocknen und führt zu irreparablen Schäden. Lösen lässt sich das Problem mit Sonnen- und UV-Licht-blockierenden Folien. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften des im E-Paper verwendeten Farbfilms können derzeit nur Betriebstemperaturen zwischen 0 und +50 °C oder -20 und 30 °C bei Niedrigtemperaturprodukten erreicht werden.

Diese Temperaturen sollten vor allem dann eingehalten werden, wenn sich der Bildschirminhalt aktualisiert. Eine häufig verwendete Lösung für Umgebungen mit höheren Temperaturen wie im Freien ist es, Lüfter oder andere Kühlfunktionen in die Anwendung zu implementieren.

Wenige lizenzierte Hersteller von E-Paper

Das chinesische Unternehmen Holitech ist durch ein eigenes Forschungs- und Entwicklungsteam sowie durch strategische Partnerschaften in der Lage, ein komplettes Set von E-Paper anzubieten. Die Produktion in Asien auf 35.000 Quadratmetern erzielt eine monatliche Fertigungskapazität von fünf Millionen Stück von E-Paper-Produkten inkl. Modul, Frontlicht, CTP, Volllaminierung und Platine sowie weitere Serviceleistungen. Außerdem ist Holitech strategischer Partner von E-INK, Pionier und derzeitiger Weltmarktführer der E-Paper-Technologie.

Derzeit bietet Holitech zweifarbige Schwarz-Weiße und dreifarbige Schwarz-Weiß-Rote und Schwarz-Weiß-Gelbe E-Paper-Displays an. Kürzlich wurden erste Muster von mehrfarbigen E-Paper-Displays veröffentlicht. Diese werden im ersten Quartal 2022 in die Massenproduktion gehen. Es sollen sich bis zu acht Farben technisch darstellen lassen.

Das E-Paper im Alltag

Typische Anwendungen eines E-Paper-Displays sind elektronische Regaletiketten und Preisschilder (ESL = Electronic Shelf Labels), die über ein Bussystem zentral gesteuert werden können. Im Smart Home, Smart Building und Smart Metering dienen E-Paper zur Kontrolle von Notausgängen oder als Anzeige zur Raumbelegung in Meetingräumen oder Krankenhäuser.

Ebenso werden sie häufig im Smart Home in Heizungsthermostaten verwendet. EPD werden in Bahnhöfen und in öffentlichen Verkehrsmitteln zur Anzeige von Fahrgastinformationen und Abfahrtsplänen, bei E-Books, Telefonen und zur Anzeige von Werbung verwendet.

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