e-Ink: 電子書籍リーダーの画面について知っておくべきことすべて

スクリーンは、私たちが日々テクノロジーを利用する上で重要な役割を果たしており、特に視力の損傷や目の疲れなどの問題を引き起こす可能性があります。お気に入りの電子書籍を楽しんで読んでいるときにこのようなことが起こらないように、今日説明するこのテクノロジーを備えた画面を選択する必要があります。さまざまなディスプレイ技術がある中で、 e-Ink スクリーンまたは電子インク、読者の体験を向上させ、可能な限り紙で読むことに近づける独自の機能セットにより人気を集めています。

でも…本当にそれが何なのか知っていますか?

e-Ink または ePaper とは何ですか?

など、さまざまな名前で呼ばれます。 電子ペーパーまたは電子ペーパー、または電子インクまたは e-Ink とも呼ばれます。何と呼ぶか​​は関係なく、紙上の通常のインクの外観を模倣した表示画面パネルの一種です。発光する従来のフラットディスプレイとは異なり、電子ペーパーディスプレイは紙と同じように周囲の光を反射します。これにより、ほとんどの発光ディスプレイよりも読みやすくなり、視野角が広くなります。入手可能な電子ディスプレイのコントラスト比は新聞のコントラスト比に近く、新しく開発されたディスプレイの方がわずかに優れています。理想的な電子ペーパーの画面は、タブレット、スマートフォン、コンピューターなどの他の多くのデバイスで発生するような、画像が褪色することなく、直射日光の下でも読むことができます。

多くの電子ペーパー技術 電気を使わずにテキストと静止画像を無期限に保存します。これは、バッテリーに依存するモバイル デバイスにも最適なため、デバイスのハードウェアの総消費量に応じて、自律性を数日または数週間延長できます。

e-Ink または ePaper の仕組み

について一般化することはできません 電子インク スクリーン、つまり e-Ink の動作方法 タイプのセクションで後ほど説明するように、多くのテクノロジがあり、それぞれの動作が異なるためです。しかし、例えば, 電気泳動により、マイクロカプセルに電場が印加されると、荷電粒子が逆に荷電した電極に向かって移動します。たとえば、下部電極がプラスの場合、黒い粒子は下に移動し、白い粒子は上に移動します。

• マイクロカプセル：それらは数百万個のマイクロカプセルで構成されており、そのそれぞれの幅は人間の髪の毛とほぼ同じです。各マイクロカプセルには、透明な液体中に浮遊した荷電粒子が含まれています。これらのカプセルは、パネルまたは画面全体に分散されます。各マイクロカプセルの中には、プラスの電荷を帯びた白い粒子と、マイナスの電荷を帯びた黒い粒子が入っています。シンプルな操作で、電荷に応じて分極し、文字や画像を白黒で表示します。このようにして、黒または白の点またはピクセルが表示されます。

e-Ink ディスプレイの重要な機能の 1 つは、 双安定性。これは、一度イメージが形成されると、それを維持するためにエネルギーが必要ないことを意味します。電源を切っても画像は画面に残ります。したがって、従来のスクリーンと比較して消費量が少なくなります。

今はテクノロジーも進歩しているので、 カラースクリーン、より高度で、本や漫画などの画像を表示するために、多数の色を表示できます。

少し歴史

ごく最近のことのように思えるかもしれませんが、実際には、これらのスクリーンの歴史は数十年前、特にゼロックス パロアルト研究所のニック シェリドン氏が開発した 1970 年代に遡ります。 最初の電子ペーパー「Gyricon」。この革新的な素材は、自由に回転できるポリエチレン球で構成されており、印加電圧の極性に応じて白または黒の面を表示し、電気的に制御された黒または白のピクセルの外観を作り出します。

この進歩にもかかわらず、紙を模倣した低出力スクリーンのアイデアは数十年後まで実現しませんでした。だった 物理学者のジョセフ・ジェイコブソンはスタンフォード大学の博士研究員だったは、ボタンを押すだけで内容を変更でき、操作にほとんど力を必要としない、複数ページの本を想像しました。

ジェイコブソンは、1995 年にニール ガーシェンフェルドによって MIT メディア ラボに採用されました。 そこでジェイコブソンは、必要なディスプレイ技術を作成するために XNUMX 人の MIT 学部生、バレット コミスキーと JD アルバートを採用しました。 あなたのビジョンを現実にするために.

当初の焦点は作成することでした 半分白くて半分黒い小さな球体、ゼロックスのジリコンのような。しかし、このアプローチはかなりの課題であることが判明しました。アルバートは実験中に、誤って完全に白い球体をいくつか作成してしまいました。 Comiskey は、これらの白い粒子を暗色の染料と混合したマイクロカプセルに充填してカプセル化する実験を行いました。その結果、表面に塗布して独立して帯電させて白黒画像を作成できるマイクロカプセルのシステムが誕生しました。

En 1996 年、MIT はマイクロカプセル化された電気泳動ディスプレイに関する最初の特許を申請しました。。マイクロカプセル化された電気泳動ディスプレイの利点と、電子ペーパーの実際の要件を満たす可能性は、特に読み取り装置での使用を考慮すると、大きな進歩であると見なされていました。しかし、この時点ではその技術はまだ原始的であり、このタイプのカラーディスプレイは存在していませんでした。

1997年、アルバート、コミスキー、ジェイコブソンは、ラス・ウィルコックスとジェローム・ルービンとともに、 株式会社イーインク設立, アルバートとコミスキーの卒業の2か月前。それ以来、e-Ink テクノロジーは進化を続け、さまざまなデバイスでの応用が見出され、デジタル テクノロジーとの関わりを変革してきました。

この会社 台湾のスクリーン製造・販売会社 電気泳動は、いくつかの動きの恩恵を受けて、この分野で優勢になりました。たとえば、2005 年にフィリップスは電子ペーパー事業を台湾の新竹に拠点を置くメーカー、プライム ビュー インターナショナル (PVI) に売却しました。 2008 年、E Ink Corp. は PVI に 215 億 450 万ドルで買収されるという初期合意を発表しましたが、交渉の結果、その金額は最終的に 24 億 2009 万ドルに達しました。 E-Ink は 2012 年 XNUMX 月 XNUMX 日に正式に買収されました。PVI による買収により、E-Ink 電子ペーパー ディスプレイの生産規模が拡大しました。 PVI は買収後、社名を E Ink Holdings Inc. に変更しました。 XNUMX 年 XNUMX 月に、同社はライバルの電気泳動ディスプレイ会社である SiPix を買収し、今日のリーダーシップを強化しました。

e-Ink スクリーン アプリケーション

このテクノロジーの進歩と成熟に伴い、多くの企業がこのタイプのスクリーンを開発したり、サプライヤーから入手してさまざまなアプリケーションで使用するようになりました。最もよく知られているのは電子書籍リーダーですが、実際には、さまざまな試みが行われてきました。 他の分野での応用:

• フレキシブルスクリーン: この技術は硬いパネルや曲げることができるパネルにもよく適応するためです。たとえば、LCD の代わりに e-Ink スクリーンを使用する低コストの Motorola F3、Samsung Alias 2、YotaPhone、Hisense A5c、またはセイコーの Spectrum など、一部の柔軟なモバイル デバイスやウェアラブルに使用できます。 SVRD001、シャープペブルなど
• 電子書籍リーダー: すでに述べたように、このページにあるものと同様に、Sony、Kindle、kobo、Onyx などのさまざまなブランドから提供されています。さらに、従来のスクリーンとタッチ スクリーン、さらにはカラー スクリーンや電子ペンに反応するスクリーンの両方がすでに存在しています。
• ラップトップおよび PC モニター: 一般的ではありませんが、Lenovo ThinkBook Plus など、電子ペーパー スクリーンを備えた特別なモデルもいくつかありました。また、2-in-1 デバイスまたは電子書籍リーダーとタブレットのハイブリッドを作成するために、このタイプの画面を使用する Android タブレットも多く見られます。
• 電子新聞: フランドルの日刊紙 De Tijd も、iRex iLiad の暫定版を使用して、紙の新聞の電子版を限定版で配布しました。他の例も後で説明します。
• スマートカードと周辺機器- Nagra ID が製造したものや、Innovative Card Technologies や nCryptone が開発したものなど、一部のスマート カードでは、低消費電力のためにこのタイプの e-ink ディスプレイを使用することもできます。これらは、画面付き USB ペンドライブなどの他の周辺機器にも使用されていました。
• パブリックダッシュボード：空港、駅、高速道路のパネル、標識などで情報を表示する電子パネルやスクリーンの消費を削減するためにも使用できます。
• その他: e-Ink スクリーンを備えた電子ラベル、スマート衣類、ドヴォルザークのようなキーボード、ゲームなど、他の用途も考えられます。

電子ペーパーディスプレイ技術

既存の技術に関しては、 いくつかのものを区別する基本レベルと e-Ink Corporation のバージョンの両方で:

パネルタイプ

間で 技術の種類 e-Ink スクリーンを実装するために時間をかけて開発されてきたものについては、次のことを強調する必要があります。

• ジリコン: 電子ペーパーは、1970 年代にゼロックスのパロアルト研究センターのニック シェリドンによって初めて開発されました。ジリコンと呼ばれる最初の電子ペーパーは、75 ～ 106 マイクロメートルのポリエチレン球で構成されていました。各球体はヤヌス粒子で、片面はマイナスに帯電した黒いプラスチック、もう片面はプラスに帯電した白いプラスチックで構成されています。球体は透明なシリコンのシートに埋め込まれており、各球体は油の泡の中に浮いているため、自由に回転できます。各電極対に印加される電圧の極性によって、白側と黒側のどちらが上を向くかが決まり、ピクセルの外観が白または黒になります。 2007 年、エストニアの企業 Visitret Displays は、球体の材料としてポリフッ化ビニリデン (PVDF) を使用したこのタイプのディスプレイを開発し、ビデオ速度を劇的に向上させ、必要な制御電圧を下げました。
• EPD (電子圏ディスプレイ): 電気泳動ディスプレイは、電場を加えて帯電した顔料粒子を再配列することによって画像を形成します。 EPD の最も単純な実装では、直径約 10 マイクロメートルの二酸化チタン粒子が炭化水素油中に分散されます。粒子に電荷を与える界面活性剤や帯電剤とともに、暗色の染料もオイルに添加されます。この混合物は、100 ～ XNUMX マイクロメートルの空間を隔てた XNUMX 枚の平行な導電性プレートの間に配置されます。 XNUMX つのプレート間に電圧が印加されると、粒子は、粒子の電荷とは反対の電荷を帯びたプレートに電気泳動的に移動します。粒子がスクリーンの前面 (表示側) に配置されている場合、光は高屈折率のチタン粒子によって散乱されて観察者に戻るため、白が表示されます。粒子が画面の裏側にある場合、色合いによって光が吸収されるため、暗く見えます。背面電極が一連の小さな画像要素 (ピクセル) に分割されている場合、スクリーンの各領域に適切な電圧を印加して反射領域と吸収領域のパターンを作成することによって画像を形成できます。 EPD は通常、MOSFET ベースの薄膜トランジスタ (TFT) テクノロジーを使用して対処されます。
• マイクロカプセル化された電気泳動: 1990 年代、MIT の学部生のチームは、E-Ink Corp が発祥でヨーロッパのフィリップス社が使用していた、マイクロカプセル化された電気泳動ディスプレイに基づく新しいタイプの電子インクを考案し、試作しました。この技術は、着色されたオイルに懸濁された帯電した白色粒子が充填されたマイクロカプセルを使用します。基礎となる回路は、白い粒子がカプセルの上部にあるのか (観察者には白く見える)、カプセルの底にあるのか (観察者にはオイルの色が見える) を制御します。この技術により、スクリーンをガラスの代わりに柔軟なプラスチックシートで作ることが可能になりました。この概念のより最近の実装では、マイクロカプセルの下に電極層のみが必要です。
• エレクトロウェッティングディスプレイ (EWD): 印加電圧によって閉じ込められた水/油界面の形状を制御する技術です。電圧がかからないと、(着色された) オイルが水と電極の疎水性絶縁コーティングの間に平坦な膜を形成し、その結果、着色されたピクセルが生じます。電極と水の間に電圧を印加すると、水とコーティングの間の界面張力が変化し、水が油を置換し、切り替え可能な要素の下に白い反射面がある場合は部分的に透明または白いピクセルが作成されます。エレクトロウェッティングベースのディスプレイには、いくつかの魅力的な機能があります。白と色の反射の間の切り替えは、ビデオ コンテンツを表示するのに十分な速さです。これは低電力、低電圧技術であり、この効果に基づいたディスプレイは平坦で薄いものになります。反射率とコントラストは他のタイプの反射型ディスプレイよりも優れているか同等であり、紙の視覚的品質に近づいています。さらに、この技術は高輝度フルカラーディスプレイへの独自の道を提供し、反射型 LCD の 4 倍、他の新興技術より 2 倍明るいディスプレイを実現します。赤、緑、青 (RGB) フィルターや 3 原色の交互のセグメントを使用する代わりに、事実上、ディスプレイの 3 分の 1 だけが目的の色の光を反射することになりますが、エレクトロウェッティングにより、サブピクセルを使用するシステムが可能になります。 2 つの異なる色を独立して変更できます。これにより、表示領域の 3 分の 2 が、任意の色の光を反射するために利用可能になります。これは、独立して制御可能な 2 つの色の油膜とカラー フィルターのスタックでピクセルを構築することによって実現されます。色はシアン、マゼンタ、イエロー (RGB) で、インクジェット印刷で使用される原理に匹敵する減法混色システムです。 LCDに比べて偏光板が不要なため明るさが得られます。
• 電気流体学: 小さなリザーバー内に水性顔料の分散液を配置する EWD ディスプレイの変形です。この堆積物は可視ピクセル領域の 5 ～ 10% 未満を構成するため、顔料は実質的に見えなくなります。電圧を使用して、リザーバーから顔料を電気機械的に抽出し、ディスプレイ基板のすぐ後ろにフィルムとして広げます。その結果、ディスプレイは紙に印刷された従来の顔料と同様の色と明るさを獲得します。電圧が除去されると、液体の表面張力により、顔料分散液がリザーバー内に急速に後退します。この技術により、電子ペーパーに 85% 以上の白色状態の反射率を提供できる可能性があります。このコア技術はシンシナティ大学の Novel Devices Laboratory で発明され、Sun Chemical、Polymer Vision、Gamma Dynamics と共同で開発された実用的なプロトタイプがあります。明るさ、彩度、応答時間などの重要な点で大きなマージンを持っています。光学活性層の厚さは 15 マイクロメートル未満である可能性があるため、巻き取り可能なディスプレイの大きな可能性があります。
• 干渉変調器 (Mirasol): 干渉変調器は、反射光の干渉によってさまざまな色を作り出すことができる電子ビジュアル ディスプレイで使用される技術です。色は、LCD の駆動に使用されるものと同様の制御 IC を使用してオン/オフされる微細なキャビティで構成される電気的に切り替えられる光変調器によって選択されます。
• 電子プラズモンディスプレイ：導電性ポリマーを用いたプラズモニックナノ構造を利用した技術です。このテクノロジーは、広範囲の色、偏光に依存しない高い反射 (>50%)、強いコントラスト (>30%)、高速応答時間 (数百ミリ秒)、および長期安定性を特徴としています。さらに、超低消費電力 (<0.5 mW/cm2) と高解像度 (>10000 dpi) の可能性を備えています。極薄のメタサーフェスは柔軟性があり、ポリマーは柔らかいため、システム全体が曲がることができます。この技術の将来の望ましい改善には、双安定性、より安価な材料、および TFT マトリックスを使用した実装が含まれます。そして、これを行うには、次の XNUMX つの重要な要素または部分で構成されます。
  • 1 つ目は、ナノメートルスケールの穴を含む厚さ数十ナノメートルの金属 - 絶縁体 - 金属膜で構成される高反射性のメタサーフェスです。これらのメタサーフェスは、絶縁体の厚さに応じて異なる色を反射することがあります。標準の RGB カラー スキームは、フルカラー ディスプレイのピクセルとして使用できます。
  • 2 番目の部分は、電気化学ポテンシャルによって制御可能な光吸収を持つポリマーです。プラズモニックメタ表面上にポリマーを成長させた後、メタ表面の反射は、印加された電圧によって変調することができる。
• 反射型液晶ディスプレイ：従来のLCDと同様の技術ですが、バックライトパネルを反射面に置き換えたものです。

上記が最も重要ですが、他にも開発された、または開発中のテクノロジーがあります。たとえば、研究者は、フレキシブル基板に埋め込まれた有機トランジスタの使用、光学系を使用したカラーディスプレイの簡素化などに多大な努力を払っています。

e-Inkのバージョン

私は常に、LCD スクリーンではなく e-Ink スクリーンを備えた電子書籍リーダーを選択することをお勧めします。その理由は、電子インクは目が疲れにくいだけでなく、従来のスクリーンよりもエネルギー消費がはるかに少ないことに加えて、本物の紙と同様の読書体験を提供するためです。電子インクまたは電子ペーパー画面を選択するときは、次の点に注意してください。 テクノロジーのさまざまなバージョン e-Ink Holdings が特許を取得した以下の製品は現在入手可能です。

• ビズプレックス: これは第 2007 世代の e-ink ディスプレイで、XNUMX 年にいくつかの非常に人気のあるブランドで使用されました。
• パール： この改良は 3 年後に導入され、Amazon の Kindle だけでなく、Kobo、Onyx、Pocketbook などの他のモデルでも使用されました。
• メビウス: 以前のものと似ていますが、衝撃に対する耐性を高めるために、画面上に透明で柔軟なプラスチックの層が含まれています。中国企業の Onyx も、この画面を使用した企業の 1 つです。
• トリトン: このテクノロジーは 2010 年に初めて導入されましたが、2013 番目の改良バージョンは 16 年にリリースされました。このテクノロジーには、電子インク ディスプレイで初めて、4096 階調のグレーと XNUMX 色のカラーが含まれていました。 Pocketbook はそれを最初に使用したものの XNUMX つです。
• 手紙と手紙HD: 2013年にリリースされ、768つの異なるバージョンがあります。 e-Ink Carta の解像度は 1024 × 6 ピクセル、サイズは 212 インチ、ピクセル密度は 1080 ppi です。 e-Ink Carta HD バージョンに関しては、1440 インチを維持しながら、解像度が 300x6 ピクセル、XNUMX ppi に増加します。この形式は非常に人気があり、現在の最高の電子書籍リーダー モデルで使用されています。
• カレイド: このテクノロジーは 2019 年に導入され、2021 年に Plus バージョン、3 年に Kaleido 2022 バージョンが登場しました。これらは、カラー フィルターを備えたレイヤーを追加することによる、グレースケール パネルに基づくカラー スクリーンの改良です。 Plus バージョンではテクスチャと色が改善され、より鮮明な画像が実現しました。Kaleido 3 では、前世代よりも 30% 高い彩度、16 レベルのグレースケール、4096 色により、より鮮やかな色が提供されます。
• ギャラリー3: これは 2023 年に登場したばかりの最新モデルで、より完全な色を実現する ACeP (Advanced Color ePaper) に基づいており、市販の TFT バックプレーンと互換性のある電圧によって制御される電気泳動流体の単層を備えています。これは、応答時間、つまりある色から別の色に変化するまでの時間を短縮するカラー e-Ink テクノロジーです。たとえば、白から黒まではわずか 350 ミリ秒、色間では品質に応じて 500 ミリ秒から 1500 ミリ秒かかる場合があります。さらに、画面表面で反射されるブルーライトの量を減らす ComfortGaze フロントライトが付属しているため、眠りが浅くなり、目の疲れも軽減されます。

将来

Plastic Logic Germany は、ケンブリッジ大学のキャベンディッシュ研究所のスピンオフ プロジェクトとして誕生した企業 (開発者 + 工場) です。 2000 年にリチャード フレンド、ヘニング シリングハウス、スチュアート エヴァンスによって設立されました。同社は開発と製造を専門としています。 電気泳動スクリーン (EPD)、ドイツのドレスデンにある有機薄膜トランジスタ（OTFT）技術に基づいています。それらのおかげで、情報は従来の画面と同じように、柔軟なパネル上に表示されるようになりました。現在のフレキシブルスクリーンの分野に多大な貢献をしており、私たちが多くのケースで見ているように、それらは将来のものになると思われます。このテクノロジーを電子ペーパーまたは電子インクと組み合わせると、重量と柔軟性が紙と非常によく似た要素が得られ、その用途と利点がすべて備わります...