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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

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

電子ペーパーのコンセプト

Rewritable

Paper

Paper-like

Display

紙

ディスプレイ

•サイズ > A4

•解像度 > 200ppi

•反射率 > 60%

•厚み < 1mm

•フルカラー

•動画

•マン‐マシン

インターフェース

反射型

双安定

超低消

費電力

電子ペーパー

双安定性液晶

粒子移動型

電子ペーパー技術の種類

コレステリック液晶ディスプレイ

(Cholesteric Liquid Crystal Display)

電気泳動ディスプレイ

(Electrophoretic Display)

電子粉流体



ディスプレイ

(Quick Response Liquid Powder Display)

電気化学ディスプレイ

(Electrochromic Display)

エレクトロウェティングディスプレイ

(Electrowetting Display)

Bi‐Nem

 (Bi‐Nematic LCD)

ZBD



(Zenithal Bistable Display)

光干渉ディスプレイ

電気泳動ディスプレイ

電子粉流体®ディスプレイ

ITO

ITO

Liquid

Powders

Glass

+ +++ +++++++ +++

₊

+

+

+

+

+

+ +

ｰｰ－

ｰｰ

ｰ ｰ ｰｰ

－ －ｰ－－

－

ｰ

－－

－

－

ｰ －

Glass Rib Rib Air Glass

+

++

+ + +

+ + + + + + +

++

+ + +

+ +

+

+

ｰ

ｰ

ｰ

ｰ

ｰ

ｰ

ｰ

ｰ

ｰ

ｰ

ｰ

ｰ

ｰ

ｰ

ｰ ｰ

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ｰ

_{ｰ ｰ ｰ}

_ｰ

Glass Rib Rib Air

50~100 µm

Quick‐Response Liquid Powder Display (QR‐LPD



)

Reiji Hattori, Shuhei Yamada, Yoshitomo Masuda, Norio Nihei: “Novel type of Bistable Reflective Display using Quick Response Liquid Powder”

黒表示

白表示

高速応答

( < 0.2 ミリ秒) 

双安定性

( > 数年)

パッシブ駆動

( TFT不要)

電子粉流体®ディスプレイ

二極性泳動粒子電気泳動セル

電界E

+q

-q

qE>kq

2

_/r

2

r

qE

kq

2

_/r

2

qE

-q

+q

電極

kq

2

_/r

2

qE

r

1.鏡像力 2.分子間力 3.液架橋力

q

F

qE

コレステリック液晶ディスプレイ

B G R 青色層 緑色層 赤色層 光吸収層 フォーカルコニック状態 プレーナー状態 ホメオトロピック状態

コレステリック液晶ディスプレイ

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 8 : 1 NTSC比 20% 色数 4,096 書換え速度 0.7 sec 薄さ 5.5 mm 軽さ 220 g バッテリー持続 70 hours コントラスト比 厚さ 重さ 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 8 : 1 NTSC比 20% 色数 4,096 書換え速度 0.7 sec 薄さ 5.5 mm 軽さ 220 g バッテリー持続 70 hours コントラスト比 厚さ 重さ

エレクトロクロミックディスプレイ

Source:http://www.ricoh.co.jp/about/comp any/technology/tech/031.html

アクティブマトリクス駆動表示

（対角3.5インチ、113ppi）

カラー表示原理実験

エレクトロウェッティングディスプレイ

駆動方法： AM 駆動 駆動電圧： 20V

反応時間： 10msec 双安定性： なし

光干渉ディスプレイ

駆動方法： PM 駆動 駆動電圧： <10V 反応時間： 24fps (XGA) 双安定性： あり

mirasol®

R G B

R G B

R G B

R

G B

R

G

B

R G

B

反射型のカラー表示の問題点

R

G

B

R

G

B

Reflectance 1/3

R

G B

R

G

B

R G

B

R

G B

R

G

B

R G

B

R

G

B

R

G

B

Gamut 1/3

R

G

B

W

M

Y

C

カラー改善策

Reflectance 100%

R G B

R

G B

R

G

B

R G

B

R

G

B

R

G

B

Reflectance 50%

W

W

R G B

W

R G B

W

R G

W

B

R G B

W

M

Y

C

M

Y

C

M

Y

C

M

Y

加色混合方式 減色混合方式

フレキシブルディスプレイとは何か? （１）

2008年、Polymer  Vision 「Readius」 発表

柔軟性

フレキシブルディスプレイとは何か? （２）

Plastic Logic's eReader

Amazon.com

Kindle 2.0

堅牢性

A5以上ではフレキシブル化が優位

ガラス基板

フレキシブルディスプレイとは何か? （３）

High through‐put

High yield

フレキシブルディスプレイとは何か?

柔軟性

堅牢性

シリコン基板 35µm

研磨

500µm

完全フレキシブルパネル

回路 フレキシブル基板 上へ実装 フレキシブルLSI

50µm以下

薄型フレキシブルドライバー

LSIチップ

Kindle vs. iPad

•Full‐color •Moving picture  •Paper‐like image •Low‐power  Steve Jobs

電子ペーパーネットワークシステム

タッチパネル

ドライバー

電源回路

_{コントローラー}

／通信チップ

サーバー

ネットワーク

無線通信

メモリー，CPU， デコーダー， ブラウザーソ

クライアント

表示データ／電力

実現に必要な新技術

タッチパネル技術

無線通信技術

無線電力送信技術

省電力化技術

フレキシブル化技術

•プラスティック基板 •配線 •周辺LSIフレキシブル化 •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

コスト削減技術

•太陽電池 •電磁誘導送電 •電磁波送電 •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 •Roll‐to‐Rollプロセス

無線電力供給技術

(a)太陽電池

(b)電磁誘導型

(c)電波受信型

～

～

二次電池 ~10m 1~50cm ~0.1mW <1kW <0.1W

太陽電池

太陽電池効率 Amorphous Si 10~12% Poly‐crystal Si 12~17% Crystal Si 15~19% 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} 2 2

100[mW]

500[lx] 0.146[μW/cm /lx] 20[%]

6,850[cm ]

S









必要ワット数：100mW 

太陽電池 6,850cm2 e‐Paper 624cm2

10倍の面積!!

28

可動コイル方式

コイルアレイ方式

マグネット吸引方式

出典 : NIKKEI ELECTRONICS 2011

日立マクセル

パナソニック

ホシデン

電磁誘導型

給電装置においてフリーポジショニングが重要

電磁誘導方式と電界結合方式

 Z_{0 C} 1 L1 Z_L C₂ L₂ 結合係数 k 送電側コイル 受電側コイル 受電側Coil （携帯機器） 送電側コイル (Reader/Writer) 磁力線 磁界結合 受電側電極 （携帯機器） 送電側電極 (Reader/Writer)  Z₀ L1 C₁ Z_L C₂ L₂ 送電側電極 受電側電極 電気 力線 電界結合 ②共振制御容易 ①大電極面積可 ③位置自由度大

無線電力供給方式の選択

受電コイル 送電コイル

電磁誘導方式

X X X _X 磁力線がぶつかり 効率劣化

受電電極

送電電極

電界結合方式

大きな位置自由度

デモンストレーション

電子ペーパー向けタッチパネル

抵抗膜式タッチパネル 電磁誘導式 デジタイザー コスト高 消費電力大 反射率低下 インセルタッチパネル

A A ~ ~ Ro w  driv er  L Ro w  driv er  R Column driver

電子ペーパー向けインセルタッチパネル

Cｆ A i1 i2 A R₁ R₂ 1 2 1 2 1 2

1 1

:

:

:

x

x

R

R

i

i





表面容量型 投影容量型 表面容量 投影容量 Cｆ Cｆ1 C_ｆ2 1 2 1 2 1 2

:

:

:

f f

y

y

C

C

i

i





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