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2010年…電子ペーパー技術でSF世界が現実になる
紙のように薄いディスプレイに文字や画像を自在に表示する「電子ペーパー」が熱い視線を浴びている。電子ペーパー一つで重い本を持ち歩かずにすむ、ペーパーレスになるなど、電子ペーパー技術の実現で世の中はどう変わるのか。開発者の夢をレポートする。
(取材・文/井元康一郎 総研スタッフ/関洋子)作成日:06.09.13
夢の究極デバイス実現へ 電子ペーパー開発・ビジネス最新事情
コミュニケーションに革命をもたらす“電子の紙”
 古代エジプトでパピルスが発明されてから5000年もの間、人類にとって最大のコミュニケーションツールであった紙に、空前のイノベーションが起ころうとしている。

 紙は、PCのディスプレイやテレビなどに比べて解像度は格段に高い。高精細をうたったデジタルハイビジョンテレビとて、紙の印刷物に比べれば表示は比較にならないほど粗い。しかし、極薄のディスプレイに、活字や写真の表示や書き込みなど紙としての機能をもたせ、電子と紙の両方のメリットを兼ね備えた「電子ペーパー」が2010年以降、本格的に普及するといわれている。

 実は電子ペーパーは、既にPOPディスプレイや交通標示などで一部実用化が始まっているが、潜在的な用途はきわめて広い。例えば電子書籍。最近、携帯電話に小説やコミックを配信するサービスの市場が急伸しているが、サイズが小さく、解像度もそれなりという携帯電話のディスプレイでは、本に比べると読みにくい。極軽量で解像度も高い電子ペーパーが実現されれば、書籍や新聞は一気に電子化に流れる可能性がある。ちょうどコンパクトなMP3プレーヤーが、登場するやいなやポータブルCDプレーヤーを駆逐したのと同じ構図である。

 電子書籍だけでなく、広告、アート、プレゼンテーションなど、電子ペーパー利用範囲はきわめて広い。また、ディスプレイユニットにスペースを取られて小型化に限界があった携帯電話やPDAなども、電子ペーパーを利用することで劇的に小型・軽量化が可能になるとも言われている。今後の技術革新によってコスト、耐久性、表示品質などの諸性能が向上するにつれて、用途も格段に広がっていくものと思われる。
電子インクの発明で開発が一気に加速
 電子ペーパーは最初、曲げられる液晶ディスプレイという発想からスタートした。紙のように柔軟性があり、曲面にも自由に張り付けることができるという特性から、ペーパーライクディスプレイなどと呼ばれていた。その後、アメリカのベンチャー企業E Ink、ジリコンメディア、日本のブリヂストンなど、複数の企業が電気や磁気を使って白黒表示をコントロールする「電子インク」を次々に考案し、電子ペーパー熱が一気に高まった。

 電子インクにはさまざまな方式があるが、共通しているのは表示層をきわめて薄く作ることが可能という点。この電子インクの誕生で、薄さ1mm未満と、まさに紙のように薄い電子ペーパーの製品化がにわかに現実味を帯びた。また、電子インクはいったん表示が固定されればメモリー効果があるため、表示を継続させるための電力が不要という省電力面のメリットもある。

 電子インク方式による電子ペーパーの開発は難題が山積みとなっていたが、今回取材した2社をはじめ、電子ペーパー実現を目指す開発陣の努力によって次々にそれらをクリア。実用化までのロードマップはかなり明確になってきている。今後はカラー表示や製造法などの研究と並行して、次第にコスト削減や耐久性確保といった、商品化を見越した技術開発も加速するだろう。電子ペーパー開発は、あらゆるエンジニアにとって目が離せない分野となりつつある。

セイコーエプソン、凸版印刷が採用している基盤技術「E Ink」方式とは
 電子ペーパーの実現性を大いに高めたコア技術は、何と言っても電子インクだろう。電子インクとは、磁気泳動、電気泳動などの物理現象を利用して、白黒表示を切り替える素子のことだ。複数の企業が電子インクを考案しているが、なかでも有望とされているもののひとつが、アメリカのベンチャー企業、E Ink社のマイクロカプセル型電気泳動方式電子インクだ。マイクロカプセルの中にプラス帯電した白い酸化チタン粒子とマイナス帯電した黒いカーボン粒子が封入され、電極によって、白黒2色を自在に表示するという仕組み。また、白を発光、黒を無発光と見立てることができるため、カラーフィルターを使用すればカラー化も可能だ。

電子ペーパー開発者が語る、「電子ペーパーで実現したい夢」
 
 電子ペーパー技術の開発に取り組んでいるエンジニアは、その技術によってどんな未来を描いているのか。セイコーエプソンと凸版印刷のエンジニアに話を聞いた。
Case1 究極の紙と呼べるようなものができるはずガラスに形成後、半導体回路層をきれいにはがす「SUFTLA」テクノロジー
 情報・映像関連機器、電子デバイスを主力としているエプソンは、電気泳動素子を使った電子ペーパーモジュールの開発を進めている。今年6月にはハガキとほぼ同じサイズ、厚さわずか1mm未満という薄さでありながら、解像度1536×2048ピクセルという高精細と、まるで本物の紙のようにくっきりとしたコントラストをもたせた試作モデルを発表した。

 この次世代感あふれる高品位電子ペーパーを生み出した基盤技術は、ガラス基板に形成された薄膜半導体回路をプラスチック基板へ転写するというエプソン独自の「SUFTLA」だ。この技術の開発に携わった宮崎淳志さんは、「平たく言えば、いったんガラスを用いてTFT回路を作ってから、レーザー照射によってTFT回路部分のみをはがす技術なんです」と語る。このいったん作ったTFT回路を壊すことなくガラスからはがすノウハウこそ、まさに同社の秘中の秘であるという。

 電子ペーパー開発の難題はそればかりではない。
「電子ペーパーは封止層にフィルム、すなわちプラスチック系材料を使います。最初は曲げるのくらい簡単だと思っていたのですが、いざやってみたら封止性と弾性を両立させるのは本当に難しかった。この封止法や封止剤も、電子ペーパーのキーテクノロジーなんです」(宮崎さん)

 今年1月には、電子ペーパーを表示部に使用した腕時計「セイコースペクトラム」を全世界500個限定ながら、セイコーウオッチから市販した。表示部は普通の腕時計とは違い、腕周りにフィットする形状の曲面。曲げて使用できるという電子ペーパーの特性を生かしたデザインがなされているのだ。一見ちょっと風変わりなこの腕時計、実はエプソンの電子ペーパーに関するノウハウの粋が盛り込まれたハイテク時計だ。
“ひとり1枚電子ペーパー”で楽しい世の中を作りたい
「電子ペーパー開発はまだ始まったばかり。将来的には究極の紙と呼べるようなものに仕立てるのが夢です。今回の試作品については、ディスプレイではなく、紙を作っているという思いを込めて、サイズの呼称に(ディスプレイのインチではなく)A6という紙の規格を使いました」
 宮崎さんは、電子ペーパーへの思いをこのように語る。電子ペーパーは現時点ではまだ萌芽的技術だが、宮崎さんの頭には既に電子ペーパーのさまざまな将来ビジョンがある。
「将来的には、手に持っている小さな電子ペーパーがそのままタグになったり航空券になったりする時代がくるかもしれません。ペーパーレス社会の実現の決め手は、何と言っても電子ペーパーだと思います」(宮崎さん)

 電子ペーパーの用途は、紙の置き換えだけではない。「大きなものを作れるようになれば、それをビルに張って広告媒体にすることもできます。いちいちペイントしなくても、自由自在に広告表示ができるようになるでしょう」と宮崎さん。

 曲げたり伸ばしたりといった変形に強くなれば、人やモノなど、いろいろな形のものにフィットさせられる、すなわちウェアラブル性も高くなり、さらに使い道が広がる。まさにアイデア次第である。
「今日、いろいろな情報が電子化されていますが、発光型や透過型のディスプレイだと文字が読みづらかったりします。電子インク型電子ペーパーは外部の光を利用するため、目に優しい。これはまさに紙の特性なんですよ」(宮崎さん)

 いつか、皆が1枚ずつ電子ペーパーを持って、それをさまざまな楽しみに使うという世の中を作ってみたいというのが夢だと宮崎さんは言う。「そのためにはまずA4サイズをモノにすることですね」
宮崎淳志さん
セイコーエプソン株式会社
応用商品開発部
応用開発二グループ
宮崎淳志さん

大学では自然科学研究科で像科学を専攻、電子ペーパー関連テクノロジーにも触れる。電子ペーパー開発を志向してエプソンに入社、テクノロジープラットフォーム研究所を経て応用商品開発部に配属、電子ペーパー開発を手がける。
SUFTLA
2006年6月発表。厚みわずか1mm未満、解像度1536×2048ピクセルの高精細さを実現
セイコースペクトラム
2006年1月に限定500個でセイコーウオッチから発売、電子ペーパーを表示部に使用した腕時計「セイコースペクトラム」
Case2 既存の常識を超えたサイズ・形状のディスプレイが作れる酸化物半導体TFTでの駆動、カラー化試作品など新技術を続々リリース
 印刷大手の凸版印刷は、電子ペーパー向け材料の研究開発を進めている。開発・製造するのは、E Ink社のマイクロカプセル型電気泳動方式の電子ペーパーディスプレイ用前面板。2005年10月にはカラーフィルターを用いた12ビットカラー化試作品、今年3月には世界で初めて酸化物半導体TFTによる電子ペーパー駆動を実現させるなど、矢継ぎ早に新技術を発表している。

 ベースとなるテクノロジーは、Roll to Rollコーティング技術。電子ペーパー用前面板はE Ink社の電子インクを塗布して製造するが、「最初はうまく塗ることができず、本当に苦労した」と、同社で電子ペーパーの開発に携わっている鈴木克宏さんはいう。
「通常の薄膜は、膜厚が均一になりさえすればいいのですが、電子インクのカプセルは粗になってもダメ、逆に密になりすぎて重なってもダメなんです」(鈴木さん)

 この問題を解決したのが、同社のRoll to Rollコーティング技術だ。その内容は一切ベールに覆われているが、2001年にE Ink社と資本提携した当初から、大量生産を想定した技術開発を行っている。2004年電子書籍端末以降、商品化の動きは時計やUSBメモリなどに広がっており、技術的完成度も上げつつある。
ディスプレイの究極は紙。電子ペーパーでそれを実現させたい
 今日、次世代ディスプレイとして注目を集め始めている電子ペーパーだが、鈴木さんは「実はずっと昔から『ディスプレイの究極は紙』と言われていたんです。それは長年、夢のままだったのですが、ベンチャー企業などが電子インクを発明したことで、一気に実現の可能性が高まりました」と、ディスプレイの進化形として、電子ペーパー化は半ば必然であると主張する。

 現時点ではまだ情報を映し出すのが精いっぱい。だが、情報表示に加え記録、修正を容易に行えるという紙特有の機能を電子デバイスで実装できれば、電子ペーパーは人の生活に密着した商品として、大いに受け入れられるのは間違いない。

「ディスプレイは今日、テレビ、パソコン、携帯電話、家電など、幅広い局面で使われていますが、電子ペーパーが本格的に出回るようになれば、既存のディスプレイの規格に縛られない、自由な形状やサイズのものがどんどん作れるようになります」(鈴木さん)

 カラー化技術や電子ペン、電子消しゴムなどのインターフェースによって高機能化が図られれば、いずれ会議室のテーブルの表面が電子ペーパー化され、テーブルにプレゼンテーション用の資料がまるで印刷物のように表示されるようになるかもしれない。
「電子書籍にしても、電子ペーパーが実現すれば、1冊の書籍型端末を持つだけでさまざまな本を読めるようになる。配信技術が発達すれば、自宅やオフィスにいながらにして国会図書館の本をすべて読むことだってできるんです」(鈴木さん)

 既存のディスプレイに比べて目に優しく、読みやすい電子ペーパーは、確かにそうした用途に最適だ。新聞も、満員電車の中で、大きな紙面を苦労して広げる必要がなくなるかもしれない。
「そんな究極のディスプレイを、電子ペーパーで実現させたい。ただ、紙には情報を長期にわたって安全に保存できるという優れた特性があります。電子ペーパーが普及しても、用途によって紙とすみ分けることになるでしょう」(鈴木さん)
鈴木克宏さん
凸版印刷株式会社
総合研究所
機能性部材事業推進部
係長
鈴木克宏さん

大学では応用化学を専攻。凸版印刷に入社し液晶の開発などを経て、新しい商材の探索に取り組む部署に異動。E Ink社に出合い、「この技術は大化けするかもしれない」と考え、以後、電子ペーパーの開発に携わる。
フレキシブルTFT(上段左)とフレキシブルな電子ペーパーの試作品
アモルファス酸化物半導体によるフレキシブルTFT(上段左)とフレキシブルな電子ペーパーの試作品(上段右)。下段はアモルファス酸化物半導体TFT(ガラス基板)で駆動した電子ペーパー
Copyright 2006 Toppan Printing Co., Ltd.
E Ink電子ペーパーディスプレイのカラー化試作品
E Ink電子ペーパーディスプレイのカラー化試作品
Copyright 2005 E Ink Corp., Toppan Printing Co., Ltd.
電子ペーパー実現への課題、求められるスキル、技術
普及には課題山積。発明家マインドをもつエンジニアが求められている!
 電子インクの登場により、世界的に開発熱が高まっている電子ペーパーだが、エンドユーザー向け商品として普及するには、まだまだ越えなければならないハードルが数多く存在する。

 電子ペーパーモジュールの技術水準は、ディスプレイとしてみれば、既に相当高い水準に達している。が、紙としての使用を想定すると一転、合格点にはほど遠いというのもまた確かである。開発には電子インクディスプレイ材料ディスプレイモジュール最終製品のアセンブリーの4つのフェーズがあるが、各々の分野で技術を高度化させる必要がある。

 印刷物と遜色ない自然な表示を行うためには、既存のディスプレイとはけた違いの高いスペックが必須で、高性能電子ペーパーを無理なく量産するためには、いま一段のイノベーションが求められる。また、多少乱暴に扱っても壊れない耐久性の確保、書き込みや修正を容易に行うためのデバイス開発といった、紙的用法を実現させる技術開発も、これからが本番だ。

 コスト低減などの研究はこれからが本番となろう。例えばエプソンはTFTの微細加工をインクジェットプリンターで行う研究を進めているが、それを電子ペーパー製造に応用できるようになれば、いったんガラスモジュールを作ってから表示層をはがすという複雑な工程を取らなくてもよくなる可能性がある。こうした研究も、電子ペーパーの普及に欠かせない。

 電子ペーパーの中途採用ニーズはまだ本格的に立ち上がっていないが、技術開発が進展し、電子ペーパー市場が形成されるにしたがって、早晩採用は増えるものと思われる。求められる人材像について、セイコーエプソンの宮崎さん、凸版印刷の鈴木さんとも、「どのようなスキルをもっているかということはまったく関係ない」と口をそろえる。

「電子ペーパーの開発にあたっては、とてつもない困難に突き当たることなどしょっちゅう。困難に直面してもポジティブに取り組むことができる人、またある技術がダメだったとき、何がダメな原因だったのか、どうすれば解決できるかということを科学的、論理的に考えられる人である必要があります。スキルは必要になったときに身につければいい」(凸版印刷・鈴木さん)

「新しいモノをゼロから何としても作り上げたいという人に向く仕事だと思います。ディスプレイの知識は必須ではありません。むしろディスプレイ以外の観点から、曲がるものはどう作ればいいかといったアイデアをどんどん出してほしいくらいです。創造性が何より重要ですね」(セイコーエプソン・宮崎さん)

 まったくの新技術がメジロ押しの電子ペーパーの世界では、想定外の問題が発生することなど日常茶飯事で、ルーチンワーク志向のエンジニアには向かない。商品開発の視点だけではなく、発明家マインドも不可欠だ。まだ、電子ペーパーの開発はこれから。したがって技術的分野が合致しているのではなく、新しいモノを生み出したい、というクリエーティブ志向のエンジニアが求められているのだ。

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  関洋子(総研スタッフ)からのメッセージ  
関洋子(総研スタッフ)からのメッセージ
電子ペーパーって本当、「紙」を目指しているんだなって実感しました(当たり前!?)。薄さが紙のようというだけではありません。液晶などと違って、紙同様、見ているのはインクの色。だから目が疲れないそうなんです。私はこれまで「電子ブックなんて、目が疲れるだけでは??」と思っていましたが、その考えは間違いだと気づきました。1冊の本ですべての本が読める──。そんな時代がくると、古本屋さんに本を売りに行くなんてこともなくなるのでしょうか? でも本はそこはかとなくホッとする温かみがあるんですよね、やっぱり。

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