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E-Paper / E Ink Displays – Klare Darstellung von Inhalten selbst bei hoher Helligkeit
Als E-Paper Display, oder auch Electronic Paper Display (kurz: EPD), wird ein Display bezeichnet, welches durch sehr gute Kontrastwerte ohne Lichtreflexionen die Anschauung von Inhalten, selbst bei sehr hoher Lichtintensität der Umgebungshelligkeit wie in etwa bei direkter Sonneneinstrahlung, ermöglicht. Das Ziel des E-Paper Displays ist die Nachbildung der Eigenschaften von Papier, wodurch die Displays sehr dünn, leicht und flexibel gestaltet werden. Der ideale Einsatzweck für dieses speziell konzipierte Display ist ein E-Book-Reader, welches meist einer langen Betriebszeit ausgesetzt ist und somit zudem durch die stromsparende Eigenschaft der Elektrophorese Technologie einen weiteren Mehrwert schafft.
Was ist ein E Ink Display und worin besteht der Unterschied zum E-Paper Display?
Die Gyricon Technologie der Firma Xerox begründete die Entwicklung der ersten E-Paper Displays in den 1970er Jahren und wurde aus Kostengründen Ende 2005 eingestellt. Das E Ink Paper Display basiert auf der Technologie der Elektrophorese und ist nach dem Unternehmen E Ink Corporation benannt worden.
Ein electronic Paper Display ist durch die Elektrophorese extrem dünn gehalten, mit einer Dicke von weniger als 300 µm und ist somit sehr flexibel. Das Schriftbild und Bilder werden durch die Reflektiv Technik selbst bei direkter Sonneneinstrahlung gut sichtbar dargestellt.
Was ist die stromsparende Elektrophorese Technologie?
Seit Anfang der 90er Jahre wurde die Technologie des E-Paper Displays von Gyricon auf Elektrophorese umgestellt. Dies geschah aus Gründen der Weiterentwicklung der Technik und um einen preiswerteren Ansatz der Darstellung zu verfolgen. Anders als bei der Gyricon Technologie, bei welcher statisch geladene Kügelchen durch ein elektrisch geladenes Feld entweder mit schwarz oder weiß sichtbar gemacht werden konnten, verwendet die Elektrophorese kleine Mikrokapseln in denen elektrisch geladene weiße Teilchen in gefärbten Öl schwimmen und durch dessen Polarität in einem elektrischen Feld, entweder zum nach oben schwimmen gebracht werden, um an der Oberseite für den Benutzer sichtbar dargestellt zu werden, oder nach unten wandern und dem Benutzer verborgen bleiben. Der Impuls für die Darstellung der Inhalte wird dabei durch eine kurzzeitige elektrische Spannung ausgelöst, nach welcher die einzelnen Pixel in einem von zwei Zuständen geschaltet bleiben und bis zum nächsten elektrischen Impuls verharren.
Welche Vor- und Nachteile hat ein E Ink Display mit Elektrophorese Technologie?
Dadurch, dass die Pixel sich durch einen elektrischen Impuls ausrichten und in diesem Zustand starr verharren, sind äußerst lange Batterielaufzeiten möglich, jedoch ist eine Bewegtbilder Darstellung als Video oder GIF oder ähnliches durch diese Technologie nicht möglich. Das Display ist somit für den Einsatzweck von unbewegten Inhalten Ideal, aber für bewegte Inhalte ungeeignet.
Gibt es ein farbiges E Ink Paper Display, welches Bilder farbgetreu wiedergeben kann?
E Ink Paper Displays wurden vorerst lediglich für die Wiedergabe der Werte schwarz oder weiß konzipiert. Die Technologie entwickelt sich jedoch stetig weiter, woraus sich die Technologie ACeP, ergab. ACeP steht dabei für Advanced Color ePaper und kann als Nachfolgegeneration der schwarz/weiß Displays einen Farbumfang von 4096 Farben wiedergeben. Doch es wird noch besser, E-Ink hat mit der Bekanntgabe der Gallery Plus Technologie ein vollfarbiges ePaper-Modul mit einer Darstellungsmöglichkeit von 60.000 Farben durch das Vollfarbtintensystem mit den vier Grund-Farbpigmenten Cyan, Magenta, Gelb und Weiß. Die Pixel können somit den vollen Farbumfang bei einem guten Kontrastverhältnis darstellen, konkurrieren jedoch noch lange nicht mit der LCD oder OLED Technologie, welche üblicherweise eine Farbtiefe von 16,5 Millionen (8 Bit) – 1,07 Milliarden (10 Bit) Farben pro Kanal wiedergeben können. Die Wiedergabe von Bewegtbildern stellen durch die zähe Veränderung der Pixel (Pixelreaktionszeiten) weiterhin eine große Herausforderung für die E Ink Paper Displays dar.
Kann ich ein E-Ink Display mit einem Raspberry Pi oder Arduino verwenden?
Es gibt verschiedenste Module von mehreren Herstellern für E-Paper / E-Ink Displays. Sehr beliebt sind die Module von der Firma Waveshare, Adafruit und seeed Grove, welche je nach Möglichkeit der Farbwiedergabe und Größe preislich zwischen ca. 10 € und 200 € liegen. Je nach Hersteller und Verwendungszweck werden E-Paper Displays oft mit einem Raspberry Pi Pico oder einem Arduino Mikrocontroller verwendet. Displays mit einer SPI Schnittstelle sind beispielsweise kompatibel mit Raspberry Pi 2B/3B/Zero/Zero W, ebenso wie mit einem Arduino, Nucleo STM32 und weiteren. Für Maker mit weniger Erfahrung weisen die meisten Display-Hersteller auf die Kompatibilität in den Beschreibungstexten hin.
Was ist beim Kauf eines E-Paper Moduls zu beachten?
In erster Linie sollten die Rahmenbedingungen des Projekts klar sein. Wenn ein Projekt bewegte Bilder, eine hohe Auflösung mit kontrastreichen Inhalten wiedergeben, sollte ein E-Paper Modul vermieden werden. Doch möchtest du ein maximal Energiesparendes Displays für mehr oder weniger starre Inhalte über lange Zeiträume betreiben, dann sollte die Größe und der Einsatzzweck des Displays zuerst geklärt werden. Soll das Display lediglich schwarz-weiß Inhalte darstellen, oder benötige ich ein Display das Farben wiedergeben kann? Wenn diese Fragen geklärt sind, hast Du bereits die Auswahl der Displays und Hersteller stark eingegrenzt und kannst die Möglichkeit der Verbindung durch dessen Schnittstelle für dein Projekt überprüfen.