E-Paper-Displays
Vollfarbige Displays erobern den Markt
Waren E-Paper-Displays anfangs nur monochrom und konnten Text und Grafiken lediglich in Schwarz-Weiß anzeigen, so hat sich die Technik des digitalen Papiers inzwischen stark weiterentwickelt. Mit den aktuellen vollfarbigen Displays lassen sich neue Anwendungsfelder erschließen.
Die moderne Welt ist zur Welt der Zukunft geworden: Selbstfahrende Autos auf den Straßen, Smartphone-Apps für jedes beliebige Thema, Sofortbestellungen über das Internet und sich ständig aktualisierende Informationen auf Bildschirmen begleiten uns tagtäglich. Die technische Entwicklung und Digitalisierung haben uns das alles ermöglicht. Gleichzeitig rückten die Themen Nachhaltigkeit und Umwelt in den Fokus, und so ist es bei jeder neuen Entwicklung selbstverständlich, sparsam mit den Materialien umzugehen. Dadurch kommen die modernsten Techniken zum Einsatz, beispielsweise die Nutzung elektronischen Papiers statt guter alter Papierblätter.
E-Book-Reader, elektronische Namens- und Preisschilder, beschreibbare Tablets, Speisekarten in Restaurants, Anzeigetafeln in Büros oder Krankenhäusern, Verkehrsinformationen an Haltestellen – es werden ständig mehr Anwendungen, in denen die E-Paper-Technik zu finden ist.
Farbe für E-Paper
Im Jahr 2016 wurde zum ersten Mal ein Multi-Pigment-Tintensystem präsentiert – das sogenannte Advanced Color ePaper (ACeP) oder auch »Gallery« genannt. Es erreichte eine vollständige Farbskala mit nur vier Farbpigmenten, die in Mikrokapsel-Strukturen eingearbeitet werden (Bild 1). Da in jedem Pixel alle Farbpigmente enthalten sind, entfällt die Notwendigkeit eines Farbfilter-Arrays.
Jede Mikrokapsel enthält unterschiedlich geladene und große Farbpigmente: Cyan, Magenta, Gelb und Weiß, die in einer klaren Flüssigkeit suspendiert sind. Wenn ein positives oder negatives elektrisches Feld angelegt wird, bewegen sich die aktivierten Teilchen zur Ober- oder Unterseite der entsprechenden Mikrokapsel, wo sie für den Betrachter sichtbar werden und eine Farbe generieren (Bild 2). Im Jahr 2022 wurde von E Ink unter dem Namen »Gallery Plus« eine neue Generation der E-Paper-Technik präsentiert.
Diese vollfarbigen E-Paper-Module haben ein Farbspektrum, das 60.000 Farben erreichen kann. Dies stellt eine 50-prozentige Verbesserung gegenüber den früheren Generationen dar. Das Kontrastverhältnis wurde um 40 Prozent von 10:1 auf 14:1 verbessert. Das Erscheinungsbild der neuen ACeP-Display-Generation ähnelt dem eines Farbdrucks, mit dem Vorteil digitaler Bildwechsel. Durch diese Neuerung können neue Marktsegmente adressiert werden.
Vorteile der E-Paper-Technik
Konsumenten, die E-Paper-Displays noch nicht kennen, könnten skeptisch diskutieren, warum das günstige und einfache Papier ersetzt werden sollte. Dafür sprechen mehrere Argumente:
- Always on: Angezeigte Grafiken bleiben für unbestimmte Zeit ohne Stromzufuhr eingeblendet.
- Geringer Energiebedarf: Die E-Paper-Displays brauchen Strom ausschließlich während der Aktualisierung des Bildinhalts.
- Papierartig: Optisch sind die reflektierenden digitalen Displays herkömmlichem Papier sehr ähnlich.
- Sonnenlichttauglich: Die E-Paper-Displays haben keine Hinterleuchtung und behalten ihre optischen Eigenschaften im Sonnenlicht.
- Weiter Blickwinkel: Ein E-Paper-Display besteht aus einer Folie und benötigt keinen Farbfilter. Aus diesem Grund beträgt der Blickwinkel der E-Paper-Displays 178°.
- Grüne Technik: Die Displays benötigen am Tag keine zusätzliche Beleuchtung bzw. Hinterleuchtung. Sie verursachen daher keine Lichtverschmutzung und sind energieeffizient.
Einschränkungen der E-Paper-Technik
Alles hat zwei Seiten, und dementsprechend hat die E-Paper-Technik auch Eigenschaften, die zu Einschränkungen im Einsatz führen.
- Betriebstemperatur: Aufgrund einer komplizierten Struktur liegen die Betriebstemperaturen der farbigen E-Paper-Displays aktuell zwischen 15 °C und 35 °C, weshalb die Technik hauptsächlich für Innenanwendungen geeignet ist, z. B. für Preisschilder im Einzelhandel, Informationstafeln in Restaurants oder öffentliche Informationsdisplays.
- Aktualisierungszeit: Um die Mikrokapseln mit Farbpigmenten in die richtige Position zu bringen, braucht es eine gewisse Zeit sowie einige Iterationen der Spannungsänderungen. Deswegen sind die Pixelreaktionszeiten vergleichsweise hoch und die Aktualisierungszeit eines kompletten E-Paper-Displays liegt dadurch bei mehreren Sekunden.
- Preis: Die E-Paper-Displays gehören im Vergleich zu TFT-LCD einer anderen Liga an. Der Austausch bestehender Display-Anwendungen wäre sehr kostspielig. Es ist wohl richtiger, über eine eigene Nische zu reden, in der die E-Paper-Displays ihre Verwendung finden.
Alle drei Aspekte sind dem E-Paper-Display-Hersteller E Ink bekannt und die Entwicklungsabteilungen arbeiten daran, die Technik weiter zu verbessern. Es gibt bereits gewisse Fortschritte wie beispielsweise die neueste Generation der farbigen E-Paper-Displays, Gallery 3 genannt. Sie haben eine Aktualisierungszeit von ca. einer Sekunde.
Flüssige Bildinhalte mit dieser Technik zu zeigen ist jedoch immer noch eine Herausforderung. Außerdem bleiben einige Betrachter von der Farbdarstellung enttäuscht, weil das Farbspektrum herkömmlicher LCD-Displays, die typischerweise 8 bit (16,5 Millionen Farben) oder 10 bit (1,07 Milliarden Farben) Farbtiefe pro Kanal haben, mit der E-Ink-Technik noch nicht zu erreichen ist.
Farbdisplays der Gallery-Plus-Serie
Die Displayserie Gallery Plus von E Ink ist in verschiedenen Größen erhältlich, einschließlich 13,3“, 25,3“ und 28“ und verschiedenen Seitenverhältnissen. Sie bietet einen Farbumfang von 60k und benötigt 25 s für die Aktualisierung des Bildinhalts. Das 28“-Display (Bild 3) eignet sich im Bar-Type-Format zum Beispiel gut als Werbedisplay im öffentlichen Verkehr, also in Bussen und Zügen.
Das 13,3“-Display im DIN-A4-Format (Bild 4) mit Seitenverhältnis 4:3 wurde für E-Reader, Tablets und Infotafeln konzipiert. Das Format 16:9 des 25,3“-Displays entspricht dem beliebten Format von TFT-Displays und kann Plakate und Werbung in Innenräumen ersetzen.
