Begin deze maand schreven we over drie nieuwe technieken voor ereader displays, genaamd electrowetting van het Eindhovense bedrijf Liquavista. Omdat we daar meer van wilden weten, hebben we Ir. Eric Derckx gevraagd om ons meer te vertellen over de drie platformen LiquavistaBright, LiquavistaColor en LiquavistaVivid. Derckx is VP Engineering bij Liquavista en in die hoedanigheid verantwoordelijk voor de electrowetting technologie ontwikkeling op systeem en applicatie niveau.
Het principe van electrowetting
De Liquavista displays werken op het principe van electrowetting. Hierbij is het substraat net als bij andere technologieën opgedeeld in een matrix van pixels, waarbij de Liquavista electrowetting display pixel is gevuld met water en een (zwart) gekleurde olie. Verder bevat iedere pixel een oppervlakte laag die kan schakelen tussen hydrofoob (waterafstotend) en hydrofiel (wateraantrekkend). In rusttoestand is deze laag hydrofoob, met het gevolg dat de gekleurde olie de gehele pixel bedekt. Opvallend licht wordt dan door de zwarte olie geabsorbeerd. Dit is de zwart toestand.
Wanneer we een spanning aanbrengen op een pixel, dan wordt de laag hydrofiel. Het water wil dan op het hydrofiele oppervlak zitten en duwt de gekleurde olie naar de zijkant van iedere pixel. Hierdoor komt er een optisch, transparant kanaal vrij. Opvallend licht kan dan door een reflector worden weerkaatst. Dit is de wit toestand.
Tussenliggende toestanden, zogenaamde grijswaarden, kunnen eenvoudig gemaakt worden door de spanning te variëren tussen een minimum (zwart) en een maximum (wit).
Reflectief, transmissief en transflectief
Er zijn verschillende soorten mogelijke displays waarmee gewerkt kan worden. Mobiele telefoons hebben veelal een transflectief scherm, de verschillende ereaders werken over het algemeen met een reflectief scherm.
Een reflectief display is een scherm dat alleen maar opvallend licht reflecteert.
Een transmissief scherm is een display dat werkt met een lichtbron (backlight) achter het scherm. Zoals bijvoorbeeld bij laptopschermen en computerschermen of LCD-tv’s.
Een transflectief scherm is een combinatie van transmissief en reflectief. In transmissieve modus wordt het vanaf de achterzijde verlicht. Bij veel omgevingslicht is ook een reflectieve modus mogelijk. Het opvallende licht wordt dan gereflecteerd en maakt het beeld. Dit voorkomt dat een scherm door fel zonlicht overbelicht raakt.
Drie platformen
Binnen Liquavista wordt gewerkt aan een aantal display platformen, die het bovenstaand principe toepassen in de verschillende uitvoeringvormen, elk met hun eigen specifieke kenmerken.
Deze platformen zijn:
- LiquavistaBright
- LiquavistaColor
- LiquavistaVivid
LiquavistaBright
Het eerste platform, LiquavistaBright, is een reflectief, monochroom (zwart-wit) actief matrix display dat precies volgens de bovenstaande beschrijving werkt. Naast de hoogst mogelijke reflectiviteit (meer dan 50%) en contrast ratio (meer dan 20%) heeft het display een zeer snelle schakeltijd. Dit maakt het mogelijk om een interactieve gebruikersinterface (met touch interactie, zoom in/out, scrolling, etc…), animaties en video illustraties te tonen.
Verder is het display te lezen in direct zonlicht en het maakt niet uit hoe het licht invalt: onder iedere kijkhoek kan er gelezen worden. Tevens heeft het display een zeer laag energieverbruik in al de verschillende gebruikersmodi, onder andere doordat een backlight niet nodig is. LiquavistaBright is in 3 inch en 6 inch formaat getoond op het Flat Panel Displays congres 2009 in Yokohama, Japan.
LiquavistaColor
LiquavistaColor is een variant waarbij een kleurenfilter is geplaatst op een monochroom display. Hierdoor ontstaat een reflectief kleurendisplay. Het kleurenfilter (Rood Groen Blauw Wit) kan gerealiseerd worden op de topplaat (external Colorfilter) of op het substraat (Colorfilter-On-Array). Naast een hoge reflectiviteit (meer dan 30%) en contrast ratio (meer dan 14%) heeft het display een mooie kleurenweergave. Verdere eigenschappen van LiquavistBright worden ook in LiquavistaColor behouden. Het behoeft geen verdere toelichting dat een full color video perfomance met dit platform mogelijk is. Ook de eerste LiquavistaColor displays zijn in 3 inch en 6 inch formaat getoond op het FPD congres.
LiquavistaBright en LiquavistaColor zullen vanwege de hoge front-of-screen performance en het lage energieverbruik, vanaf 2011 hun intrede doen in de ereader markt. De displays zullen door hun levendige gebruikers interface, animatie- en videomogelijkheden en met een kleuren variant een compleet nieuw scala aan opties en functionaliteit geven aan ereaders.
LiquavistaVivid
Daarnaast is er nog een derde platform, genaamd LiquavistaVivid, wat een verdere doorontwikkeling is van de eerste twee platforms met meerdere varianten.
Een eerste variant is het combinatie van een transmissief-reflectief scherm, een zogenaamd transflectief display. Een gedeelte van de reflectieve pixel is dan transmissief gemaakt. Het doel is om in relectieve modus, een hoogst mogelijke reflectie (minimaal meer dan 40%) en contrast ratio (minimaal meer dan 15%) te behouden. Deze reflectieve modus is dan monochroom (zwart-wit).
In transmissieve modus wordt een backlight geactiveerd. Door de optische efficiency van een electrowetting display pixel kost deze backlight slechts 25-30% van de energieconsumptie in vergelijking met een LCD backlight. Het display bevat namelijk geen zogenaamde polarizers. Dit zijn een soort kleine optische elementjes op een folie die het licht slechts in één bepaalde richting (polarisatie richting) doorlaten. De backlight is verder kleurensequentieel, waarbij de display data (het RGB video) synchroon loopt met de rood-groen-blauw backlight. Hierdoor is er geen kleurenfilter nodig en heeft het display de hoogst mogelijke kleurenweergave vergelijkbaar met high-end TV applicaties.
Al met al wordt dan een hoogste optische performance gecombineerd met een laag energieverbruik. De eerste prototypes van dit platform zijn werkend in de Liquavista laboratoria.
Andere varianten van LiquavistaVivid maken gebruik van meerlaags electrowetting configuraties, bijvoorbeeld 2-laags of 3-laags. Bij deze configuraties wordt er gebruikt gemaakt van de zogenaamde subtractieve kleurenrepresentatie. De meest bekende is 3-laags: CMY (Cyan-Magenta-Yellow), die een hoogste kleurenweergave oplevert in de verschillende modi.
Daarnaast werkt Liquavista aan intelligente 2-laags principes, die gecombineerd worden met een spectrum sequentiële backlight. Al deze varianten van LiquavistaVivid bevinden zich in een research fase, waarbij inmiddels de basiswerking is aangetoond.
Geschiedenis van electrowetting
In 1875 werd beschreven hoe kwik en andere vloeistoffen reageerden op verschillende elektrisch geladen oppervlakten door Fritz Albert Lipmann. Froumkin beschreef in 1936 hoe waterdruppels van vorm veranderen door spanning toe te passen op een oppervlak. Dit zijn waarschijnlijk de eerste beschrijvingen van wat later electrowetting werd genoemd.
Pas de laatste vijftien jaar is er weer aandacht voor electrowetting en het gebruik voor diverse applicaties. Philips ontdekte en patenteerde een manier om electrowetting te gebruiken als display. In 2004 werden er al wel prototypes ontwikkeld op basis van electrowetting, maar toen was het nog helemaal geen productierijp scherm. In 2006 startte Liquavista als spin-out van Philips Research Labs.
Drie jaar later zijn inmiddels de eerste prototypes gepresenteerd en over één à twee jaar zullen waarschijnlijk de eerste schermen op basis van electrowetting van de productieband rollen. Welke ereader zal de eerste zijn die zijn scherm met deze technologie zal uitrusten?
Toegevoegd: Youtube-filmpje met LiquavistaBright scherm
