電子ペーパーの基礎 九州大学 産学連携センター プロジェクト部門 服部励治 概要 電子ペーパーとは？ 各種パネル技術の紹介 カラー化技術＆フレキシブル技術 電子ペーパーネットワーク 無線電力伝送技術 タッチパネル技術 まとめ 電子ペーパーの基礎 2 電子ペーパーのコンセプト 電子ペーパー Paper-like Display ディスプレイ 反射型 Rewritable Paper 双安定 •フルカラー •動画 •マン‐マシン インターフェース 紙超低消 費電力 •サイズ > A4 •解像度 > 200ppi •反射率 > 60% •厚み < 1mm •消費電力 = 0 電子ペーパーの基礎 3 電子ペーパー技術の種類 粒子移動型 双安定性液晶 電気泳動ディスプレイ Bi‐Nem (Electrophoretic Display) (Bi‐Nematic LCD) 電子粉流体ディスプレイ ZBD (Quick Response Liquid Powder Display) (Zenithal Bistable Display) コレステリック液晶ディスプレイ 電気化学ディスプレイ (Cholesteric Liquid Crystal Display) (Electrochromic Display) エレクトロウェティングディスプレイ 光干渉ディスプレイ (Electrowetting Display) (Interferometric Modulation Display) Twisting Ball Display Suspended Particle Display 電子ペーパーの基礎 4 電気泳動ディスプレイ 電子ペーパーの基礎 5 電気泳動ディスプレイ Kindle EPD拡大図 電子ペーパーの基礎 6 電子粉流体®ディスプレイ Quick‐Response Liquid Powder Display (QR‐LPD) 白表示 Rib Air ｰ－ｰ －ｰ－ ｰｰ－ ｰｰ－ －－ － －ｰ－ ｰｰ ｰ－ Glass 50~100 µm ITO ｰｰ ｰ ｰｰｰｰ ｰｰ ｰｰｰ ｰｰｰ ｰｰｰｰｰ ｰ ｰ Air Rib Liquid Powders + ++++ ++ + +++++ +++ +++ ++ + Glass Rib ITO ++ + ++++ ++ +++ +++ +++++ + + Glass Rib 黒表示 Glass Reiji Hattori, Shuhei Yamada, Yoshitomo Masuda, Norio Nihei: “Novel type of Bistable Reflective Display using Quick Response Liquid Powder” Proceeding of SID, pp.846‐849, (2003) 電子ペーパーの基礎 7 電子粉流体®ディスプレイ 高速応答 ( < 0.2 ミリ秒) 双安定性 ( > 数年) パッシブ駆動 ( TFT不要) 電子ペーパーの基礎 8 二極性泳動粒子電気泳動セル 電界E 電極 kq2/r2 1. 鏡像力 +q -q qE 2. 分子間力 3. 液架橋力 qE>kq2/r2 F qE kq2/r2 r qE +q -q qE q r 電子ペーパーの基礎 9 コレステリック液晶ディスプレイ B G R ホメオトロピック状態 青色層 緑色層 赤色層 フォーカルコニック状態 プレーナー状態 光吸収層 電子ペーパーの基礎 10 コレステリック液晶ディスプレイ 電子ペーパーの基礎 画素数 1024 x 768 （XGA） 画面サイズ 8 inches 解像度 158 ppi 明るさ 36% コントラスト コントラスト比 8:1 NTSC比 20% 色数 4,096 書換え速度 0.7 sec 厚さ 薄さ 5.5 mm 軽さ 重さ 220 g バッテリー持続 70 hours 11 エレクトロクロミックディスプレイ 電子ペーパーの基礎 12 エレクトロクロミックディスプレイ カラー表示原理実験 アクティブマトリクス駆動表示 （対角3.5インチ、113ppi） Source:http://www.ricoh.co.jp/about/comp any/technology/tech/031.html 電子ペーパーの基礎 13 エレクトロウェッティングディスプレイ 駆動方法： 駆動電圧： 反応時間： 双安定性： AM 駆動 20V 10msec なし Source： http://www.liquavista.com/files/LQV0905291LL5‐15.pdf 電子ペーパーの基礎 14 光干渉ディスプレイ mirasol® 駆動方法： 駆動電圧： 反応時間： 双安定性： PM 駆動 <10V 24fps (XGA) あり Interference Modulation Device (IMOD) 電子ペーパーの基礎 15 反射型のカラー表示の問題点 R G B R Reflectance 1/3 G B Gamut 1/3 R G B R G R B R G B R G R B R G B R G B R G B R G B R G B R G B B R G B R G B B R G B R W G B R G B R G K B 電子ペーパーの基礎 16 カラー改善策 減色混合方式 加色混合方式 M Y C R Reflectance 100% M Y C M Y C M Y C M Y C G B W Reflectance 50% R R G BW R G R B G R G BW R G B B R G BW R G B B W R G BW R W G B 電子ペーパーの基礎 17 フレキシブルディスプレイとは何か? （１） 柔軟性 2008年、Polymer Vision 「Readius」 発表 2009年7月、閉鎖・事業売却 電子ペーパーの基礎 18 フレキシブルディスプレイとは何か? （２） 堅牢性 Amazon.com Kindle 2.0 Plastic Logic's eReader ガラス基板 A5以上ではフレキシブル化が優位 電子ペーパーの基礎 19 フレキシブルディスプレイとは何か? （３） 生産性 High through‐put High yield Bridgestone SID’06 電子ペーパーの基礎 20 フレキシブルディスプレイとは何か? 堅牢性 柔軟性 生産性 電子ペーパーの基礎 21 薄型フレキシブルドライバー LSIチップ 回路 シリコン基板 500µm 35µm 研磨 50µm以下 フレキシブル基板 上へ実装 フレキシブルLSI 完全フレキシブルパネル R.Sakurai, R. Hattori, et. al.: Proceeding of SID, (May, 2007) 電子ペーパーの基礎 22 Kindle vs. iPad Steve Jobs •Paper‐like image •Low‐power •Full‐color •Moving picture Jeff Bezos 電子ペーパーの基礎 23 電子ペーパーネットワークシステム クライアント 電源回路 サーバー コントローラー ／通信チップ 無線通信 表示データ／電力 ネットワーク ドライバー タッチパネル 電子ペーパー メモリー，CPU， デコーダー， ブラウザーソ フト 電子ペーパーの基礎 24 実現に必要な新技術 無線通信技術 省電力化技術 •Blue Toothなどの応用 •下り中心のプロトコル •近距離通信 •デコーダー不要のデータ圧縮 無線電力送信技術 •低電圧化 •電源回路高効率化 •ドライバーLSI高効率化 •通信電力低消費電力化 •マルチライン駆動技術 •太陽電池 •電磁誘導送電 •電磁波送電 タッチパネル技術 フレキシブル化技術 コスト削減技術 •プラスティック基板 •配線 •周辺LSIフレキシブル化 •Roll‐to‐Rollプロセス •微細電極パッド実装 •ドライバー内蔵 電子ペーパーの基礎 25 無線電力供給技術 ~0.1mW (a)太陽電池 二次電池 (b)電磁誘導型 1~50cm <1kW ～ ~10m <0.1W (c)電波受信型 ～ 電子ペーパーの基礎 26 太陽電池 必要ワット数：100mW 100[mW] S 500[lx] 0.146[μW/cm 2 /lx] 20[%] 環境照度 太陽光 ~100,000 lx オフィース 500~800 lx リビング 500 lx 暗室 ~ 80 lx 月あかり 0.2~0.3 lx 星あかり 0.1 lx 6,850[cm 2 ] 太陽電池 6,850cm2 e‐Paper 624cm2 太陽電池効率 Amorphous Si 10~12% Poly‐crystal Si 12~17% Crystal Si 15~19% 10倍の面積!! 電子ペーパーの基礎 27 電磁誘導型 28 コイルアレイ方式 可動コイル方式 マグネット吸引方式 日立マクセル パナソニック ホシデン 出典 : NIKKEI ELECTRONICS 2011 給電装置においてフリーポジショニングが重要 電子ペーパー応用においても・・・ 電子ペーパーの基礎 28 電磁誘導方式と電界結合方式 磁界結合 ①大電極面積可 磁力線 受電側Coil （携帯機器） 受電側電極 （携帯機器） 電界結合 電気 力線 ③位置自由度大 送電側コイル (Reader/Writer) 送電側電極 (Reader/Writer) ②共振制御容易 結合係数 k Z0 C1 L1 L2 Z0 C2 ZL 送電側コイル 受電側コイル 電子ペーパーの基礎 L1 L2 送電側電極 C1 ZL C2 受電側電極 29 無線電力供給方式の選択 磁力線がぶつかり 効率劣化 受電コイル 受電電極 X X X X 送電コイル 送電電極 大きな位置自由度 電磁誘導方式 電界結合方式 電子ペーパーの基礎 30 デモンストレーション 中小企業省 平成２２年度戦略的基盤技術高度化支援事業 『共鳴方式電界結合型無線電力伝送用組込みソフトプラットフォームの開発』 株式会社 ネットワーク応用技術研究所（ＮＡＬ）、九州大学 電子ペーパーの基礎 31 電子ペーパー向けタッチパネル 抵抗膜式タッチパネル コスト高 消費電力大 インセルタッチパネル 反射率低下 電磁誘導式 デジタイザー 電子ペーパーの基礎 32 電子ペーパー向けインセルタッチパネル 表面容量 表面容量型 R1 Column driver C ｆ R2 Cｆ ~ A A i1 i2 x1 : x2 R1 : R2 Row driver R Row driver L 投影容量型 A A 1 1 : i1 i2 投影容量 y1 : y2 C f 1 : C f 2 i1 : i2 ~ Cｆ1 Cｆ2 表面／投影ハイブリッド型 電子ペーパーの基礎 33 まとめ • 電気泳動ディスプレイの他に数々の新技術 • カラー化とフレキシブル化がキー • パネル技術の他に周辺技術も重要 • 電子ペーパーネットワーク • 電界結合無線電力伝送 • 表面／投影ハイブリッド型タッチパネル 電子ペーパーの基礎 34
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