Elektroforetikus kijelzők, avagy az elektronikus papír

Látják? Nem látják? Na látják! Ezzel a szlogennel reklámozták annak idején az új színes televíziókat a fekete-fe­hér korszakban. Az elektronikus kijelzők jellemzőit gyakran ugyanilyen nehéz bemutatni nyomtatásban. Na, ez az állítás az elektroforetikus kijelző eszközökre (Electrophoretic Display – EPD), vagyis az e-papír kijelzőkre nem igaz. Szinte pontosan olyan képet adnak, mintha hagyományos papírra írnánk, nyomtatnánk fekete vagy színes tintával, és azt természetes fényben szemlélnénk.

Az ilyen eszközök sokkal jobb megjelenítést biztosí­tanak, mint a hagyományos folyadékkristályos, vagy TFT kijelzők, mivel a kontrasztjuk, betekintési szögük sokkal nagyobb azokénál. Saját fénykibocsájtás he­lyett a külső fényt visszaverve, reflexív módon jelenítik meg a tartalmat, csakúgy mint a hagyományos papírra nyomtatott médiák. Az ideális e-papír direkt napfény­ben is jól olvasható, sokszor kontrasztosabb, mint az újságpapíron megjelenő szöveg. A más technológián alapuló elektronikus kijelzőkkel szemben az e-papír olvasásakor a szem kevésbé fárad, ráadásul energiát csak a tartalom változtatásakor fogyasztanak, a stati­kus kijelzéshez nincs szükség táplálásra. Jelen írásunk­ban a technológia alapjaival, előnyeivel és hátrányaival szeretnénk megismertetni az érdeklődő kollégákat, az Endrich által forgalmazott e-papír kijelzők bemuta­tásán keresztül.

ELEKTRONIKUS PAPÍR

A hagyományos papír alapú megjelenítés minőségét közelítő megoldásokat e-book olvasók, elektronikus menetrendek, elektronikus árcédulák (ESL) , statikus hirdetőtáblák és hozzájuk hasonló termékek tervezői számára fejlesztenek a gyártók. A kifejezetten magas kontraszt, a rendkívül alacsony fogyasztás, a jó mecha­nikai tulajdonságok, mint például a fóliaszerű vékony kivitel, a hajlékonyság kiváló betekintési szöggel páro­sul, emellett a legtöbb EPD statikus tartalmakat végte­len hosszú ideig képes megjeleníteni további energia­felhasználás nélkül. Fogyasztás csak akkor jelentkezik, ha a tartalmat változtatni kell. A hagyományos kijelző technológiák általában háttérvilágítást igényelnek, emiatt a láthatóságukat nagyban befolyásolja a külsőfény, direkt napfényben való használatot csak speciá­lis rétegek beépítésével, illetve ezek bonyolult optikai ragasztással történő illesztésével lehet biztosítani. Az EPD ugyanúgy a külső fényt veri vissza, mint a hagyo­mányos könyv, vagy újságpapír, emiatt ez a probléma egyáltalán nem jelentkezik.

Működése az elektroforézis tudományos elvén alap­szik, melynek során speciális folyadékba kevert elekt­romos töltéssel bíró részecskék mozognak elektromos erőtér hatására. Fizikai megvalósítását tekintve az EPD mikron nagyságrendbe eső átmérőjű (az emberi haj­szál vastagsága) mikro-kapszulákból, és azokba zárt átlátszó, víztiszta folyékony polimerbe kevert semle­ges vagy pozitív töltésű fekete vagy színes pigmentek­ből illetve negatív töltésű fehér részecskékből áll.

Két különböző technika terjedt el a világon, az egyik a E Ink vagy elektromos tinta, ahol a feketék pozitív töl­téssel rendelkeznek, a másik az O-Paper szabadalom, ahol a fekete vagy színes pigmentek nincsenek feltöl­ve. Az egymás mellé fektetett kapszulákat elektródák határolják, melyek közül a felső átlátszó és földelt, az alsó pedig a vezérléstől függően pozitív, illetve negatív potenciálra kerül.

Az alsó lap pixelekre osztódik, és minden pixelt a hoz­zá tartozó alsó, úgynevezett pixel elektróda vezérel, mely a vezérlő elektronikához kapcsolódik és a paran­csoknak megfelelően felváltva ki- és bekapcsol. Az így kialakított struktúra még a védőlaminálással sem vas­tagabb, mint egy kartonlap.

Az O-Paper technológia esetén az alsó pixel elektró­da pozitív potenciálra való kapcsolása odavonzza a fehér, negatív töltésű részecskéket, azok kiszorítják a semleges fekete pigmenteket. Így a pixel felülről fekete lesz, és az is marad, az állapot fentartásához nincs szükség további energiára. Ha a pixel elektró­dára negatív feszültséget kapcsolunk, az taszítja a ne­gatív töltésű fehéreket, azok felül gyűlnek össze, a pixel fehérnek fog látszani.

A hőmérséklet nagy hatással van az elektroforézis sebességére. A folymat számára szobahőmérséklet a legkedvezőbb környezet, a standard kijelzők 0°C alatt nem működnek, illetve 50°C fölött az élettarta­muk jelentősen lecsökken. Speciális folyadékadalék használatáva, ez a hőmérsékleti tartomány eltolható a negatív hőmérséklet irányába (-15°C – +35°C), az ilyen eszközök például áruházi hűtőpultok belsejében hasz­nálhatóak.

E PAPÍR KIJELZŐK FELÉPÍTÉSE

Az O-papír anyag gyártása során első lépésben a pig­ment részecskéket állítják elő és látják el töltéssel. Ebből készül a „tinta”, ami a kapszulákba töltve alu­mínium hordozófóliára ragasztott filmrétegbe kerül, melyre a gyártás során felviszik a felső elektródaként szolgáló PET hordozó rétegre vitt ITO (indium thin oxi­de) átlátszó vezetőfóliát. Ezt a fólialapot aktív hordo­zólapra laminálják, ami pontmátrix keijelzők esetén TFT üveg, szegmentált kijelzőknél pedig egy NYÁK lap, lehet akár flexibilis változatban is. A hordozóra kerül a meghajtó elektronika, a kijelző fölé pedig optikailag átlátszó ragasztóréteggel rögzített vízhatlan védőfólia. A kijelzők élettartamát a teljes képtartalom váltások számában szokták megjelölni, aminek értéke valahol egymillió képváltás körül tart. Egy teljes kép frissítése több másodpercig is tarthat, a kép egy bizonyos részé­nek frissítése esetén az élettartam nő, illetve a frissíté­si idő kisebb lehet.

MONOKRÓM ÉS HÁROMPIGMENTES KIJELZŐK

A kapszulákba töltött pigmentek nem csak feketék és fehérek lehetnek, gyakori a piros és sárga színek al­kalmazása is. Az egyszerű kétállapotú, két pigmentet tartalmazó pixelekből felépített monokróm kijelzőkön kívül léteznek két-három biten címezhető fekete/ fehér/piros, illetve fekete/fehér/sárga pigmenteket tartalmazó kijelző változatok is. A fekete és színes pig­mentek nem a töltésükben, hanem más fizikai tulaj­donságaikban (pl. méretük, sűrűségük vagy a töltő­folyadékban való mozgás közben fellépő súrlódási erő) különböznek egymástól, aminek hatására az elektro­foretikus mozgékonyságuk a kapszulában különbözik egymástól. Ezt a különbséget kihasználva tudunk ár­nyalatokat képezni, illetve fekete vagy színes pigmen­teket dominánssá tenni megfelelő feszültségprofilú és időtartamú impulzusok alkalmazásával, miközben a fehér színből kiindulva új statikus állapothoz érkezünk. Az e-book olvasónkon túl, az elektronikus papír ki­jelzők legelterjedtebb alkalmazása az elektronikus árcédula. Erre a célra használnak még alacsony fo­gyasztású TFT kijelzőket, de a különbség szembeöt­lő akár a láthatóság, akár az elektromos fogyasztás szemszögéből. Egyre többször találkozunk velük olyan eszközökben, ahol nem kell gyakran képet váltani.

Beltérben elhelyezett elemről táplált IoT eszközök, mérőórák, termosztátok esetén az elektronikus papír kijelzők különlegesen hasznosak, hiszen az egyedülál­ló láthatósághoz nem szükséges háttérvilágítás, így az elem élettartama növelhető. Különösen olyan al­kalmazásoknál jelenthet ez előnyt, ahol nem a felhasz­náló cserél elemet, hanem a gyártónak kell garantál­nia a táplálást az eszköz teljes élettartamára egyetlen elem segítségével.

Nagy méretű kijelzőket találhatunk több városban közlekedési csomópontokon a menetrendek kijel­zésére. Praktikus eszközök lehetnek az e-papír kijel­zővel rendelkező átírható névtáblák, ültetőkártyák, vagy akár az elérhető egyenleget kijelző elektronikus pénztárcák is.

Kiss Zoltán,
Export igazgató
Veresegyházy Zsolt,
Területi képviselő
Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH