An Flughäfen sind E-Paper-Displays eine Alternative zu gedruckten Gepäckanhängern.

An Flughäfen sind E-Paper-Displays eine Alternative zu gedruckten Gepäckanhängern.Densitron

Im Vergleich zu herkömmlichen Display-Techniken besitzt E-Paper gleich mehrere Vorteile, die zuvor nicht realisierbare Anwendungen ermöglichen. Ein Beispiel dafür sind E-Reader wie der Amazon Kindle. Eine der Besonderheiten des elektronischen Papiers ist Powerless Image Retain: Denn mit welcher anderen Technik sind Displays möglich, die so gut lesbar sind wie gedrucktes Papier, aber bei statischem Inhalt keine Energie verbrauchen? Herkömmliche bistabile cholesterische Flüssigkristallanzeige (Cholesteric-LC-Displays) benötigen zwar ebenfalls keine Leistung, sind aber optisch und technisch kaum mit E-Paper vergleichbar. Die E-Paper-Anzeigen von Densitron/PDI basieren auf TFT-Substraten und ermöglichen eine hohe Pixeldichte, die sonst nur mit TFT-LCDs oder Amoleds erzielbar sind. Da TFT und Amoled zum Anzeigen des Bildinhalts permanent Strom benötigen, kommen sie für Ultra-Low-Power-Anwendungen nur bedingt in Frage. Meist werden sie so oft wie möglich ab- oder runtergeschaltet. Bei E-Paper ist das unnötig.

Ein weiterer Vorteil ist der verhältnismäßig einfache Aufbau, der damit extrem dünne Displays mit 1,1 mm Gesamtdicke ermöglicht. Auch die optischen Eigenschaften von E-Paper machen es zur ersten Wahl für viele Anwender. So sind mit anderen Technologien problemloses Ablesen bei Sonnenlichteinstrahlung, rundum perfekte Ablesbarkeit und druckähnlicher Kontrast nur bedingt möglich. Als reflexive Displaytechnologie ist E-Paper allerdings auf Umgebungslicht angewiesen. Vielen Anwendern gefällt die unaufdringliche und bestens lesbare Darstellung eines E-Paper-Displays, weil es sich passiv in seine Umgebung integriert.

Passend für Logistikanwendungen, denn IR- oder Laser-Reader können die 3D-Bar- und QR-Codes auf E-Paper-Displays lesen.

Passend für Logistikanwendungen, denn IR- oder Laser-Reader können die 3D-Bar- und QR-Codes auf E-Paper-Displays lesen.Densitron

Für Logistik und Preisauszeichnung

Im Gegensatz zu vielen Displaytechniken kann E-Paper QR- und 3D-Barcodes darstellen, und ist durch IR- oder Laser-Reader ablesbar. Damit eigenen sie sich perfekt für Logistik-Anwendungen oder aktive Preisschilder in Läden. Einige Nachteile schließen E-Paper hingegen für manche Anwendungen aus. So erschweren die relativ langen und energieintensiven Schaltzeiten Anwendungen mit vielen oder schnellen Bildwechseln. Doch mittlerweile gibt es Tcon-Chips (Timing Controller), darunter Varianten von Mpicosys oder den S1D13T04 von Epson; sie ermöglichen ganzflächige Bilder-Updates und können auch ausgewählte Bereiche oder Pixel aktualisieren, beispielsweise zur Anzeige der Uhrzeit.

Auf einen Blick

E-Papers warten mit einigen Vorteilen gegenüber herkömmlichen Papier und klassischen Displays auf. Sie benötigen zum Anzeigen von Bildinhalten keine Energie, haben gute optische Eigenschaften, sind dünn und vor allem wiederverwendbar. E-Paper ist eine Alternative, da sich nicht nur bei Druck und Papier sondern auch beim händischen Austausch von Schildern oder Etiketten sparen lässt – Zeit, Geld und Aufwand.

Somit entfällt beim E-Paper das typische Refresh-Pumpen und die Reaktionszeit sowie die Stromaufnahme verringern sich deutlich. Um Darstellungsfehler zu vermeiden, sollte der Anwender alle vier bis fünf Aktualisierungen einen kompletten Refresh durchführen.

Da E-Paper eine auf Wasser basierende Flüssigkeit in den FPL-Mikrokapseln verwendet, ist diese Technik nur bedingt unter 0 °C anwendbar. Die Anzeige funktioniert bis -20 °C, lässt sich aber unter null nicht schalten. Sollen E-Paper auch im Tiefkühlbereich eines Supermarkts Verwendung finden, eignet sich der Einsatz von E-Ink-Folien. Sie sind bei deutlich unter 0 °C schaltbar aber dafür im oberen Temperaturbereich begrenzt.

Die reflexive Eigenschaft ist ein weiterer Nachteil. Sie bewirkt, dass man E-Paper grundsätzlich nicht von hinten beleuchten kann. Technologiebedingt lässt sich das Display nur frontseitig anleuchten. Ein Beispiel dafür ist das aktuelle Kindle Paperwhite von Amazon – ähnliche Modelle gibt es für den Industriebereich.

Densi-Paper für die Beschilderung

Als Reseller von PDI-E-Paper-Displays hat Densitron auf Basis dieser Eigenschaften die Produktreihe Densi-Paper entwickelt, die sich zur Beschilderung eignet. Im Gegensatz zu gedruckten Schildern kann Densi-Paper über WLAN von einem zentralen Computer andere Anzeigedaten empfangen. Statt WLAN sind auf Wunsch auch andere Techniken wie Zigbee oder NFC realisierbar. Ein Li-Po-Akku oder zwei kleine Batterien ermöglichen tausende Bildwechsel und damit eine kabellose Installation. Das Standard-Kunststoffgehäuse kann der Betreiber durch ein kundenspezifisches ersetzen, so dass ein eigenständiges und an die Umgebung angepasstes Produkt entsteht.

In Kürze steht Densi-Paper in drei verschiedenen Bildschirmdiagonalen zur Verfügung.

In Kürze steht Densi-Paper in drei verschiedenen Bildschirmdiagonalen zur Verfügung.Densitron

Der Betreiber kann das Densi-Paper wie ein gedrucktes Papierschild an Türen, Wänden oder Regalen aufhängen. Es eignet sich für das Beschildern von Exponaten in Museen und Ausstellungen, für Hotels und Kongresszentren und zu Werbezwecken im Einzelhandel. Für März 2014 hat Densitron das Ziel, ihr Densi-Paper in drei Bildschirmdiagonalen 4,41 Zoll (11,2 cm), 7,4 Zoll (18,8 cm) und 10,2 Zoll (25,9 cm) anzubieten.

Elektronisches Gepäcketikett

Wie Flughäfen E-Paper nutzen können, zeigt die Kooperation zwischen Densitron und British Airways (BA). Für ein Projekt am Flughafen London Heathrow hat Densitron ein elektronisches Gepäcketikett entwickelt, das den traditionellen BA-Barcode-Anhänger aus Papier ersetzen soll. Die E-Paper-Displays benötigen nur beim Aktualisieren der Anzeige Strom, so dass sie sich nahezu beliebig oft wiederverwenden lassen. Über NFC kommunizieren die Etiketten mit dem Mobiltelefon des Reisenden. Dieser kann damit sein Gepäck selbst einchecken und während der Reise verfolgen. Eine Erweiterung des Konzepts auf wiederverwendbare Boarding-Cards, die aktuelle Boarding-Infos sowie Werbung von nahegelegenen Einkaufsmöglichkeiten oder Cafés anzeigen können, ist bereits in Arbeit.

Weiteres Potenzial für E-Paper liegt in der Logistik und in Warenwirtschaftssystemen beispielsweise bei Post- oder Kurierdiensten sowie Just-in-Time- oder Kanban-Systemen. Wo derzeit noch gedruckte Papieretiketten vorherrschen, kann man zukünftig wiederverwendbare E-Paper-Schilder nutzen, auch in Verbindung mit RFID. Durch die Ersparnis bei Druck und Papier sowie dem Entfallen des händischen Auswechselns der Etiketten amortisieren sich laut Densitron rasch die Investitionskosten. Neben der Kosteneinsparung kann das Unternehmen zusätzliche Funktionen in die Etiketten integrieren, die dazu beitragen, die Effizienz zu steigern.

Energiesparen leicht gemacht

Die EU-Richtlinien zur Begrenzung von Standby-Energieverbrauch machen E-Paper aktuell zum heißen Thema für Entwickler von Elektronikgeräten im Consumer-Bereich. Traditionell achten Hersteller vor allem bei batteriebetriebenen Geräten auf den Stromverbrauch, aber auch netzbetriebene Produkte müssen künftig einen niedrigen Standby-Strom aufweisen. E-Paper ermöglicht die Daueranzeige – ohne Strom. Dieser Vorteil zählt besonders bei Notwarnsystemen, die dank E-Paper auch bei Ausfall der Stromversorgung wichtige Informationen anzeigen.

Ein großes Potenzial liegt auch im Smart Metering wie bei Steuergeräten für die Hausautomation. Gerade grüne Produkte eignen sich als Anwendung für E-Paper, denn wie lässt sich die Nachhaltigkeit eines Produktes besser unterstreichen als mit einem Display, das keine Energie verbraucht?

Gut zu lesen: das gekachelte E-Paper-Display im UN-Hauptquartier, gelegen am United Nations Plaza in Manhattan, New York City.

Gut zu lesen: das gekachelte E-Paper-Display im UN-Hauptquartier, gelegen am United Nations Plaza in Manhattan, New York City.Densitron

Einfaches Kacheln von E-Paper-Displays

Hinzu kommen der dünne Aufbau und die unaufdringliche Optik der E-Paper, die den kompletten Aufbau diskret aber dennoch hochwertig wirken lassen. Architekten haben diese Vorzüge bereits entdeckt. Ein Beispiel dafür ist die riesige Anzeigentafel im UN-Gebäude in New York; es ist derzeit die weltweit größte E-Paper-Wand.

Densitron besitzt eine Technik zum Kacheln von mehreren E-Paper-Anzeigen. Grundsätzlich basiert die Idee auf der POE-Technik (Power over Ethernet), wodurch sich eine beliebige Anzahl E-Paper-Anzeigen kacheln lassen, um eine große Bildfläche zu ermöglichen. Displays kann man nahezu unbegrenzt zu einer sehr großen Bildfläche miteinander verbinden. Eine einfache Prozessor-Variante kann alle Displays mit Daten versorgen und zu einem Gesamtbild zusammenfügen.

Einfaches Wirkprinzip: Elektrisch geladene, pigmentierte Partikel in einer Mikrokapsel richten sich nach Anlegen einer Spannung aus.

Einfaches Wirkprinzip: Elektrisch geladene, pigmentierte Partikel in einer Mikrokapsel richten sich nach Anlegen einer Spannung aus.Densitron

Funktionsprinzip

Elektrophoretische Displays benötigen keinen Strom, um einen Bildinhalt anzuzeigen. E-Paper Displays arbeiten nach dem Prinzip, dass sie elektrisch geladene und pigmentierte Partikel in einer Mikrokapsel durch Anwendung eines Spannungsfeldes ausrichten. Beim Konstruieren von E-Paper-Modulen verbindet der Entwickler eine FPL-Folie (Front Plane Laminate – enthält die Mikrokapseln) mit einer Aktiv-Matrix-TFT-Backplane und versiegelt beide mit einer Schutzfolie. Mit der TFT-Backplane unterteilt er das FPL in die vorgegebene Auflösung und bringt es mit dem integrierten Grafik-Controller in die gewünschte Bilddarstellung. Das Ansteuern der Panels erfolgt über den integrierten Chip-on-Glas-IC und der Timing-Control-Software. Die Software befindet sich entweder auf dem Hauptprozessor oder auf einem separaten Tcon-PCB beziehungsweise Chip.

Die Timing-Control-Software ist einer der entscheidenden Faktoren des Systems. Sie erzeugt komplexe Schwingungsverläufe, um die Mikrokapseln anzutreiben. Bedingt durch die exakte Orientierung der geladenen Pigmentteilchen entsteht ein scharfes Bild, ganz weiß oder ganz schwarz. Die Temperaturmessung erfolgt ebenfalls auf dem Tcon-Board, damit man den Effekt von Temperaturschwankungen auf die Viskosität der Flüssigkeit in den Mikrokapseln ausgleichen kann. Wenn die Viskosität sich bei niedrigen Temperaturen erhöht, bewegen sich die Pigmentteilchen entsprechend langsamer, so dass der Entwickler eine angepasste Waveform anwenden muss.

Rundum verbunden

Densitron verfügt über diverse Tcon-Board-Optionen, um USB-, Seriell- oder Wireless-Schnittstellen bereitzustellen sowie Extension-Platinen für die Verbindung mit den gängigen Mikroprozessor-Development-Kits.