Papel electronico
Papel electrónico, también a veces tinta electrónica, tinta electrónica o pantalla electroforética, son dispositivos de visualización que imitar la apariencia de la tinta común en el papel. A diferencia de las pantallas planas convencionales que emiten luz, una pantalla de papel electrónico refleja la luz ambiental como el papel. Esto puede hacerlos más cómodos de leer y proporcionar un ángulo de visión más amplio que la mayoría de las pantallas emisoras de luz. La relación de contraste en las pantallas electrónicas disponibles a partir de 2008 se aproxima a la de los periódicos, y las pantallas desarrolladas recientemente (2008) son ligeramente mejores. Una pantalla de papel electrónico ideal se puede leer bajo la luz directa del sol sin que la imagen parezca desvanecerse.
Muchas tecnologías de papel electrónico mantienen texto e imágenes estáticos indefinidamente sin electricidad. El papel electrónico flexible utiliza sustratos de plástico y componentes electrónicos de plástico para la placa posterior de la pantalla. Las aplicaciones de las pantallas visuales electrónicas incluyen etiquetas de estanterías electrónicas y señalización digital, horarios de estaciones de autobuses, vallas publicitarias electrónicas, pantallas de teléfonos inteligentes y lectores electrónicos capaces de mostrar versiones digitales de libros y revistas.
Tecnologías
Giricon
El papel electrónico fue desarrollado por primera vez en la década de 1970 por Nick Sheridon en el Centro de Investigación de Palo Alto de Xerox. El primer papel electrónico, llamado Gyricon, consistía en esferas de polietileno de entre 75 y 106 micrómetros de diámetro. Cada esfera es una partícula de Janus compuesta de plástico negro con carga negativa en un lado y plástico blanco con carga positiva en el otro (cada cuenta es, por lo tanto, un dipolo). Las esferas están incrustadas en una lámina de silicona transparente, con cada esfera suspendida en una burbuja de aceite para que pueda girar libremente. La polaridad del voltaje aplicado a cada par de electrodos determina si el lado blanco o negro está hacia arriba, lo que le da al píxel una apariencia blanca o negra. En la exposición FPD 2008, la empresa japonesa Soken demostró una pared con papel tapiz electrónico utilizando esta tecnología. En 2007, la empresa estonia Visitret Displays estaba desarrollando este tipo de pantalla usando fluoruro de polivinilideno (PVDF) como material para las esferas, mejorando drásticamente la velocidad de video y disminuyendo el voltaje de control necesario.
Electroforético
En la implementación más simple de una pantalla electroforética, las partículas de dióxido de titanio (titania) de aproximadamente un micrómetro de diámetro se dispersan en un aceite de hidrocarburo. También se agrega un tinte de color oscuro al aceite, junto con tensioactivos y agentes de carga que hacen que las partículas adquieran una carga eléctrica. Esta mezcla se coloca entre dos placas conductoras paralelas separadas por un espacio de 10 a 100 micrómetros. Cuando se aplica un voltaje a través de las dos placas, las partículas migran electroforéticamente a la placa que tiene la carga opuesta a la de las partículas. Cuando las partículas se ubican en el lado frontal (de visualización) de la pantalla, aparece en blanco, porque la luz es dispersada hacia el espectador por las partículas de titania de alto índice. Cuando las partículas se ubican en la parte posterior de la pantalla, aparece oscura porque la luz incidente es absorbida por el tinte coloreado. Si el electrodo trasero se divide en varios elementos de imagen pequeños (píxeles), se puede formar una imagen aplicando el voltaje apropiado a cada región de la pantalla para crear un patrón de regiones reflectantes y absorbentes.
Las pantallas electroforéticas, también conocidas como EPD, suelen abordarse mediante la tecnología de transistores de película fina (TFT) basada en MOSFET. Se requieren TFT para formar una imagen de alta densidad en una EPD. Una aplicación común para los EPD basados en TFT son los lectores electrónicos. Las pantallas electroforéticas se consideran ejemplos principales de la categoría de papel electrónico, debido a su apariencia similar al papel y al bajo consumo de energía. Los ejemplos de pantallas electroforéticas comerciales incluyen las pantallas de matriz activa de alta resolución utilizadas en Amazon Kindle, Barnes & Noble Nook, Sony Reader, Kobo eReader y lectores electrónicos iRex iLiad. Estas pantallas están construidas a partir de una película de imagen electroforética fabricada por E Ink Corporation. Un teléfono móvil que utilizó la tecnología es el Motorola Fone.
La tecnología de visualización electroforética también ha sido desarrollada por SiPix y Bridgestone/Delta. SiPix ahora es parte de E Ink Corporation. El diseño de SiPix utiliza una arquitectura Microcup flexible de 0,15 mm, en lugar de las microcápsulas de 0,04 mm de diámetro de E Ink. La división de materiales avanzados de Bridgestone Corp. cooperó con Delta Optoelectronics Inc. en el desarrollo de la tecnología de visualización de polvo líquido de respuesta rápida.
Las pantallas electroforéticas se pueden fabricar utilizando el proceso Electronics on Plastic by Laser Release (EPLaR) desarrollado por Philips Research para permitir que las plantas de fabricación AM-LCD existentes creen pantallas de plástico flexibles.
Pantalla electroforética microencapsulada
Una pantalla electroforética forma imágenes reorganizando partículas de pigmento cargadas con un campo eléctrico aplicado.
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En la década de 1990, un equipo de estudiantes universitarios del MIT concibió y prototipó otro tipo de tinta electrónica basada en una pantalla electroforética microencapsulada, como se describe en su artículo de Nature. J.D. Albert, Barrett Comiskey, Joseph Jacobson, Jeremy Rubin y Russ Wilcox cofundaron E Ink Corporation en 1997 para comercializar la tecnología. Posteriormente, E ink formó una sociedad con Philips Components dos años después para desarrollar y comercializar la tecnología. En 2005, Philips vendió el negocio de papel electrónico y sus patentes relacionadas a Prime View International.
"Durante muchos años ha sido una ambición de los investigadores en los medios de comunicación para crear un sistema flexible de bajo costo que es el análogo electrónico del papel. En este contexto, las pantallas basadas en micropartículas tienen investigadores intrigados. El contraste intercambiable en tales pantallas se logra mediante la electromigración de micropartículas altamente dispersantes o absorbentes (en el rango de tamaño 0.1-5 μm), bastante distintos de las propiedades moleculares que rigen el comportamiento de las pantallas de cristal líquido más familiares. Las pantallas basadas en micropartículas poseen bistabilidad intrínseca, exhiben una potencia extremadamente baja d.c. abordando el campo y han demostrado un alto contraste y reflectividad. Estas características, combinadas con una característica de visualización casi albertiana, dan como resultado un look de 'ink on paper'. Pero tales pantallas han sufrido hasta la fecha de vidas cortas y dificultad en la fabricación. Aquí reportamos la síntesis de una tinta electroforetica basada en la microencapsulación de una dispersión electroforetica. El uso de un medio electroforético microencapsulado resuelve los problemas de vida y permite la fabricación de una pantalla electrónica bistable únicamente mediante impresión. Este sistema puede satisfacer los requisitos prácticos del papel electrónico".
Para esto se utilizaron diminutas microcápsulas llenas de partículas blancas cargadas eléctricamente suspendidas en un aceite coloreado. En las primeras versiones, el circuito subyacente controlaba si las partículas blancas estaban en la parte superior de la cápsula (para que el espectador viera blanco) o en la parte inferior de la cápsula (para que el espectador viera el color del aceite). Esto fue esencialmente una reintroducción de la conocida tecnología de pantalla electroforética, pero las microcápsulas significaron que la pantalla se podía hacer en láminas de plástico flexibles en lugar de vidrio. Una de las primeras versiones del papel electrónico consiste en una hoja de cápsulas transparentes muy pequeñas, cada una de unas 40 micrómetros de ancho. Cada cápsula contiene una solución aceitosa que contiene tinte negro (la tinta electrónica), con numerosas partículas blancas de dióxido de titanio suspendidas en su interior. Las partículas tienen una carga ligeramente negativa y cada una es naturalmente blanca. La pantalla contiene microcápsulas en una capa de polímero líquido, intercaladas entre dos conjuntos de electrodos, la parte superior de los cuales es transparente. Las dos matrices están alineadas para dividir la hoja en píxeles, y cada píxel corresponde a un par de electrodos situados a cada lado de la hoja. La hoja está laminada con plástico transparente para su protección, lo que da como resultado un grosor total de 80 micrómetros, o el doble que el del papel ordinario. La red de electrodos se conecta al circuito de la pantalla, que enciende la tinta electrónica "en" y 'apagado' en píxeles específicos aplicando un voltaje a pares de electrodos específicos. Una carga negativa en el electrodo de superficie repele las partículas hacia el fondo de las cápsulas locales, forzando el tinte negro a la superficie y volviendo el píxel negro. Invertir el voltaje tiene el efecto contrario. Obliga a las partículas a salir a la superficie, volviendo el píxel blanco. Una implementación más reciente de este concepto requiere solo una capa de electrodos debajo de las microcápsulas. Estos se conocen comercialmente como pantallas electroforéticas de matriz activa (AMEPD).
Electrohumectación
La visualización de electrohumectación (EWD) se basa en el control de la forma de una interfaz confinada de agua/petróleo mediante un voltaje aplicado. Sin voltaje aplicado, el aceite (de color) forma una película plana entre el agua y una capa aislante hidrófoba (repelente al agua) de un electrodo, lo que da como resultado un píxel de color. Cuando se aplica un voltaje entre el electrodo y el agua, la tensión interfacial entre el agua y el revestimiento cambia. Como resultado, el estado apilado ya no es estable, lo que hace que el agua aparte el petróleo. Esto crea un píxel parcialmente transparente o, si hay una superficie blanca reflectante debajo del elemento conmutable, un píxel blanco. Debido al pequeño tamaño de píxel, el usuario solo experimenta el reflejo promedio, lo que proporciona un elemento conmutable de alto brillo y alto contraste.
Las pantallas basadas en electrohumectación ofrecen varias características atractivas. El cambio entre el reflejo blanco y el de color es lo suficientemente rápido como para mostrar contenido de video. Es una tecnología de baja potencia y bajo voltaje, y las pantallas basadas en el efecto se pueden hacer planas y delgadas. La reflectividad y el contraste son mejores o iguales que otros tipos de pantallas reflectantes y se acercan a las cualidades visuales del papel. Además, la tecnología ofrece un camino único hacia pantallas a todo color de alto brillo, lo que lleva a pantallas que son cuatro veces más brillantes que las LCD reflectantes y dos veces más brillantes que otras tecnologías emergentes. En lugar de usar filtros rojo, verde y azul (RGB) o alternar segmentos de los tres colores primarios, lo que da como resultado que solo un tercio de la pantalla refleje la luz en el color deseado, la electrohumectación permite un sistema en el que un sub- El píxel puede cambiar dos colores diferentes de forma independiente.
Esto da como resultado la disponibilidad de dos tercios del área de visualización para reflejar la luz en cualquier color deseado. Esto se logra construyendo un píxel con una pila de dos películas de aceite de color controlables de forma independiente más un filtro de color.
Los colores son cian, magenta y amarillo, que es un sistema sustractivo, comparable al principio utilizado en la impresión de inyección de tinta. En comparación con la pantalla LCD, se gana brillo porque no se requieren polarizadores.
Electrofluídica
La pantalla de electrofluidos es una variación de una pantalla de electrohumectación. Las pantallas electrofluídicas colocan una dispersión de pigmento acuoso dentro de un pequeño depósito. El depósito comprende <5-10% del área de píxeles visibles y, por lo tanto, el pigmento está sustancialmente oculto a la vista. El voltaje se usa para extraer electromecánicamente el pigmento del depósito y esparcirlo como una película directamente detrás del sustrato de visualización. Como resultado, la pantalla adquiere un color y un brillo similares a los de los pigmentos convencionales impresos en papel. Cuando se elimina el voltaje, la tensión superficial del líquido hace que la dispersión del pigmento retroceda rápidamente hacia el depósito. La tecnología puede proporcionar potencialmente >85 % de reflectancia de estado blanco para papel electrónico.
La tecnología principal se inventó en el Laboratorio de dispositivos nuevos de la Universidad de Cincinnati. La tecnología está siendo comercializada actualmente por Gamma Dynamics.
Modulador interferométrico (Mirasol)
La tecnología utilizada en las pantallas visuales electrónicas que pueden crear varios colores a través de la interferencia de la luz reflejada. El color se selecciona con un modulador de luz conmutado eléctricamente que comprende una cavidad microscópica que se enciende y apaga usando circuitos integrados de controlador similares a los que se usan para las pantallas de cristal líquido (LCD).
Pantalla electrónica plasmónica
También se han sugerido nanoestructuras plasmónicas con polímeros conductores como un tipo de papel electrónico. El material tiene dos partes. La primera parte es una metasuperficie altamente reflectante hecha de películas de metal-aislante-metal de decenas de nanómetros de espesor que incluyen agujeros a nanoescala. Las metasuperficies pueden reflejar diferentes colores dependiendo del espesor del aislante. El esquema de color RGB estándar se puede utilizar como píxeles para pantallas a todo color. La segunda parte es un polímero con absorción óptica controlable por un potencial electroquímico. Después de hacer crecer el polímero en las metasuperficies plasmónicas, el voltaje aplicado puede modular la reflexión de las metasuperficies. Esta tecnología presenta una amplia gama de colores, alta reflexión independiente de la polarización (>50 %), fuerte contraste (>30 %), tiempo de respuesta rápido (cientos de ms) y estabilidad a largo plazo. Además, tiene un consumo de energía ultrabajo (< 0,5 mW/cm2) y potencial para alta resolución (>10000 ppp). Dado que las metasuperficies ultrafinas son flexibles y el polímero es blando, todo el sistema se puede doblar. Las futuras mejoras deseadas para esta tecnología incluyen biestabilidad, materiales más baratos e implementación con matrices TFT.
Otras tecnologías
Otros esfuerzos de investigación en papel electrónico han implicado el uso de transistores orgánicos incrustados en sustratos flexibles, incluidos intentos de incorporarlos en papel convencional. El papel electrónico de color simple consta de un filtro óptico de color delgado que se agrega a la tecnología monocromática descrita anteriormente. La matriz de píxeles se divide en tríadas, que generalmente consisten en cian, magenta y amarillo estándar, de la misma manera que los monitores CRT (aunque usan colores primarios sustractivos en lugar de colores primarios aditivos). A continuación, la pantalla se controla como cualquier otra pantalla electrónica a color.
Historia
E Ink Corporation de E Ink Holdings Inc. lanzó las primeras pantallas de tinta electrónica en color que se utilizarán en un producto comercializado. El Jetbook Color de Ectaco se lanzó en 2012 como el primer dispositivo de tinta electrónica de color, que utilizaba la tecnología de pantalla Triton de E Ink. E Ink a principios de 2015 también anunció otra tecnología de tinta electrónica de color llamada Prism. Esta nueva tecnología es una película que cambia de color que se puede usar para lectores electrónicos, pero Prism también se comercializa como una película que se puede integrar en el diseño arquitectónico como "pared, panel de techo o toda la habitación al instante". 34; La desventaja de estas pantallas a color actuales es que son considerablemente más caras que las pantallas de tinta electrónica estándar. El JetBook Color cuesta aproximadamente nueve veces más que otros lectores electrónicos populares como el Kindle de Amazon. En enero de 2015, no se había anunciado que Prism se usaría en los planes para ningún dispositivo de lectura electrónica.
Aplicaciones
Varias empresas están desarrollando simultáneamente papel y tinta electrónicos. Si bien las tecnologías utilizadas por cada empresa brindan muchas de las mismas características, cada una tiene sus propias ventajas tecnológicas distintas. Todas las tecnologías de papel electrónico enfrentan los siguientes desafíos generales:
- Un método para la encapsulación
- Una tinta o material activo para llenar la encapsulación
- Electrónica para activar la tinta
La tinta electrónica se puede aplicar a materiales flexibles o rígidos. Para pantallas flexibles, la base requiere un material delgado y flexible lo suficientemente resistente para soportar un desgaste considerable, como un plástico extremadamente delgado. El método de cómo se encapsulan las tintas y luego se aplican al sustrato es lo que distingue a cada empresa de las demás. Estos procesos son complejos y son secretos industriales cuidadosamente guardados. Sin embargo, fabricar papel electrónico es menos complejo y costoso que los LCD.
Hay muchos enfoques para el papel electrónico, y muchas empresas desarrollan tecnología en esta área. Otras tecnologías que se aplican al papel electrónico incluyen modificaciones de pantallas de cristal líquido, pantallas electrocrómicas y el equivalente electrónico de un Etch A Sketch en la Universidad de Kyushu. Las ventajas del papel electrónico incluyen el bajo consumo de energía (la energía solo se consume cuando se actualiza la pantalla), la flexibilidad y una mejor legibilidad que la mayoría de las pantallas. La tinta electrónica se puede imprimir en cualquier superficie, incluidas paredes, vallas publicitarias, etiquetas de productos y camisetas. La flexibilidad de la tinta también permitiría desarrollar pantallas enrollables para dispositivos electrónicos.
Relojes de pulsera
En diciembre de 2005, Seiko lanzó el primer reloj basado en tinta electrónica llamado reloj de pulsera Spectrum SVRD001, que tiene una pantalla electroforética flexible y en marzo de 2010 Seiko lanzó una segunda generación de este famoso reloj de tinta electrónica con una pantalla de matriz activa. El reloj inteligente Pebble (2013) utiliza una pantalla LCD de memoria de bajo consumo fabricada por Sharp para su pantalla de papel electrónico.
En 2019, Fossil lanzó un reloj inteligente híbrido llamado Hybrid HR, que integra una pantalla de tinta electrónica siempre encendida con manecillas y esfera físicas para simular el aspecto de un reloj analógico tradicional.
Lectores de libros electrónicos
En 2004, Sony lanzó Librié en Japón, el primer lector de libros electrónicos con una pantalla E Ink de papel electrónico. En septiembre de 2006, Sony lanzó el lector de libros electrónicos PRS-500 Sony Reader en los Estados Unidos. El 2 de octubre de 2007, Sony anunció el PRS-505, una versión actualizada del Reader. En noviembre de 2008, Sony lanzó el PRS-700BC, que incorporaba retroiluminación y pantalla táctil.
A fines de 2007, Amazon comenzó a producir y comercializar Amazon Kindle, un lector de libros electrónicos con una pantalla de papel electrónico. En febrero de 2009, Amazon lanzó el Kindle 2 y en mayo de 2009 se anunció el Kindle DX más grande. En julio de 2010 se anunció el Kindle de tercera generación, con notables cambios de diseño. La cuarta generación de Kindle, llamada Touch, se anunció en septiembre de 2011 y fue la primera salida de Kindle de los teclados y los botones de cambio de página a favor de las pantallas táctiles. En septiembre de 2012, Amazon anunció la quinta generación de Kindle llamada Paperwhite, que incorpora una luz frontal LED y una pantalla de mayor contraste.
En noviembre de 2009, Barnes and Noble lanzó Barnes & Noble Nook, con sistema operativo Android. Se diferencia de otros lectores electrónicos en que tiene una batería reemplazable y una pantalla LCD a color con pantalla táctil separada debajo de la pantalla principal de lectura de papel electrónico.
En 2017, Sony y reMarkable ofrecieron libros electrónicos diseñados para escribir con un lápiz óptico inteligente.
En 2020, Onyx lanzó la primera tableta Android de papel electrónico de 13,3 pulgadas con iluminación frontal, la Boox Max Lumi. A finales del mismo año, Bigme lanzó la primera tableta Android de papel electrónico en color de 10,3 pulgadas, la Bigme B1 Pro. Esta fue también la primera tableta grande de papel electrónico compatible con datos móviles 4g.
Periódicos
En febrero de 2006, el diario flamenco De Tijd distribuyó una versión electrónica del periódico a suscriptores selectos en un estudio de marketing limitado, utilizando una versión preliminar de iRex iLiad. Esta fue la primera aplicación registrada de tinta electrónica para la publicación de periódicos.
El diario francés Les Échos anunció el lanzamiento oficial de una versión electrónica del periódico mediante suscripción en septiembre de 2007. Había dos ofertas disponibles, que combinaban una suscripción de un año y un dispositivo de lectura.. La oferta incluía un dispositivo de lectura ligero (176 g) (adaptado para Les Echos por Ganaxa) o el iRex iLiad. Se utilizaron dos plataformas de procesamiento diferentes para entregar información legible del diario, una basada en la plataforma de tinta electrónica GPP recientemente desarrollada por Ganaxa, y la otra desarrollada internamente por Les Echos.
Pantallas incrustadas en tarjetas inteligentes
Las tarjetas de visualización flexibles permiten a los titulares de tarjetas de pago financiero generar una contraseña de un solo uso para reducir el fraude bancario y de transacciones en línea. El papel electrónico ofrece una alternativa plana y delgada a los tokens de llavero existentes para la seguridad de los datos. La primera tarjeta inteligente del mundo compatible con ISO con una pantalla integrada fue desarrollada por Innovative Card Technologies y nCryptone en 2005. Las tarjetas fueron fabricadas por Nagra ID.
Pantallas de estado
Algunos dispositivos, como las unidades flash USB, han utilizado papel electrónico para mostrar información de estado, como el espacio de almacenamiento disponible. Una vez que se ha configurado la imagen en el papel electrónico, no requiere energía para mantenerse, por lo que la lectura se puede ver incluso cuando la unidad flash no está enchufada.
Teléfonos móviles
El teléfono móvil económico de Motorola, el Motorola F3, utiliza una pantalla electroforética alfanumérica en blanco y negro.
El teléfono móvil Samsung Alias 2 incorpora tinta electrónica de E Ink en el teclado, lo que permite que el teclado cambie los conjuntos de caracteres y la orientación mientras se encuentra en diferentes modos de visualización.
El 12 de diciembre de 2012, Yota Devices anunció el primer "YotaPhone" prototipo y luego fue lanzado en diciembre de 2013, un teléfono inteligente único de doble pantalla. Tiene una pantalla LCD HD de 4,3 pulgadas en la parte delantera y una pantalla de tinta electrónica en la parte posterior.
En mayo y junio de 2020, Hisense lanzó los hisense A5c y A5 pro cc, los primeros teléfonos inteligentes con tinta electrónica en color. Con una pantalla de un solo color, con luz frontal conmutable con Android 9 y Android 10.
Etiquetas electrónicas para estanterías
Las etiquetas electrónicas de estantería (ESL) basadas en papel electrónico se utilizan para mostrar digitalmente los precios de los productos en las tiendas minoristas. Las etiquetas electrónicas basadas en papel se actualizan a través de tecnología de radio o infrarrojos bidireccionales.
Horarios de transporte público
Las pantallas de papel electrónico en las paradas de autobús o tranvía se pueden actualizar de forma remota. En comparación con las pantallas LED o de cristal líquido (LCD), consumen menos energía y el texto o los gráficos permanecen visibles durante un corte de energía. En comparación con las pantallas LCD, es bien visible también a plena luz del sol.
Señalización digital
Debido a sus propiedades de ahorro de energía, el papel electrónico ha demostrado ser una tecnología adecuada para las aplicaciones de señalización digital.
Monitor de computadora
El papel electrónico se usa en monitores de computadora como el Dasung Paperlike 3 HD de 13,3 pulgadas y el Paperlike 253 de 25,3 pulgadas.
Ordenador portátil
Algunos portátiles, como Lenovo ThinkBook Plus, utilizan papel electrónico como pantalla secundaria.
Etiquetas electrónicas
Por lo general, las etiquetas electrónicas de papel electrónico integran tecnología de tinta electrónica con interfaces inalámbricas como NFC o UHF. Se utilizan más comúnmente como empleados & # 39; Tarjetas de identificación o como etiquetas de producción para realizar un seguimiento de los cambios y el estado de fabricación. Las etiquetas de papel electrónico también se utilizan cada vez más como etiquetas de envío, especialmente en el caso de cajas reutilizables. Una característica interesante proporcionada por algunos fabricantes de etiquetas de papel electrónico es el diseño sin batería. Esto significa que la energía necesaria para la actualización del contenido de una pantalla se proporciona de forma inalámbrica y el módulo en sí no contiene batería.
Otro
Otras aplicaciones propuestas incluyen ropa, marcos de fotos digitales, tableros de información y teclados. Los teclados con teclas dinámicamente cambiables son útiles para idiomas menos representados, diseños de teclado no estándar como Dvorak o para aplicaciones especiales no alfabéticas como edición de video o juegos. La reMarkable es una tableta de escritura para leer y tomar notas.