Papel eletrônico
Papel eletrônico, às vezes também tinta eletrônica, e-ink ou visor eletroforético, são dispositivos de exibição que imitar a aparência de tinta comum no papel. Ao contrário dos monitores de tela plana convencionais que emitem luz, um monitor de papel eletrônico reflete a luz ambiente como o papel. Isso pode torná-los mais confortáveis de ler e fornecer um ângulo de visão mais amplo do que a maioria dos monitores emissores de luz. A taxa de contraste em telas eletrônicas disponíveis a partir de 2008 se aproxima do jornal, e as telas recém-desenvolvidas (2008) são ligeiramente melhores. Um display de e-paper ideal pode ser lido sob luz solar direta sem que a imagem pareça desbotada.
Muitas tecnologias de papel eletrônico retêm texto e imagens estáticos indefinidamente sem eletricidade. O papel eletrônico flexível usa substratos de plástico e componentes eletrônicos de plástico para o painel traseiro da tela. As aplicações de exibições visuais eletrônicas incluem etiquetas de prateleiras eletrônicas e sinalização digital, horários de estações de ônibus, outdoors eletrônicos, telas de smartphones e leitores eletrônicos capazes de exibir versões digitais de livros e revistas.
Tecnologias
Giricon
O papel eletrônico foi desenvolvido pela primeira vez na década de 1970 por Nick Sheridon no Palo Alto Research Center da Xerox. O primeiro papel eletrônico, chamado Gyricon, consistia em esferas de polietileno entre 75 e 106 micrômetros de diâmetro. Cada esfera é uma partícula de Janus composta de plástico preto carregado negativamente de um lado e plástico branco carregado positivamente do outro (cada conta é, portanto, um dipolo). As esferas são embutidas em uma folha de silicone transparente, com cada esfera suspensa em uma bolha de óleo para que possa girar livremente. A polaridade da voltagem aplicada a cada par de eletrodos determina então se o lado branco ou preto está voltado para cima, dando assim ao pixel uma aparência branca ou preta. Na exposição FPD 2008, a empresa japonesa Soken demonstrou uma parede com papel de parede eletrônico utilizando esta tecnologia. Em 2007, a empresa estoniana Visitret Displays estava desenvolvendo esse tipo de display usando fluoreto de polivinilideno (PVDF) como material para as esferas, melhorando drasticamente a velocidade do vídeo e diminuindo a tensão de controle necessária.
Eletroforese
Na implementação mais simples de uma exibição eletroforética, partículas de dióxido de titânio (titânia) de aproximadamente um micrômetro de diâmetro são dispersas em um óleo de hidrocarboneto. Um corante de cor escura também é adicionado ao óleo, junto com surfactantes e agentes de carga que fazem com que as partículas assumam uma carga elétrica. Esta mistura é colocada entre duas placas condutoras paralelas separadas por um espaço de 10 a 100 micrômetros. Quando uma voltagem é aplicada entre as duas placas, as partículas migram eletroforeticamente para a placa que carrega a carga oposta àquela das partículas. Quando as partículas estão localizadas na parte frontal (visualização) da tela, ela aparece branca, porque a luz é espalhada de volta para o visualizador pelas partículas de titânia de alto índice. Quando as partículas estão localizadas na parte traseira do visor, ele aparece escuro, porque a luz incidente é absorvida pelo corante colorido. Se o eletrodo traseiro for dividido em vários pequenos elementos de imagem (pixels), então uma imagem pode ser formada aplicando a voltagem apropriada a cada região da tela para criar um padrão de regiões refletivas e absorventes.
Uma exibição eletroforética - também conhecida como EPD - é normalmente endereçada usando a tecnologia de transistor de filme fino (TFT) baseada em MOSFET. Os TFTs são necessários para formar uma imagem de alta densidade em um EPD. Uma aplicação comum para EPDs baseados em TFT são os e-readers. Displays eletroforéticos são considerados exemplos principais da categoria de papel eletrônico, por causa de sua aparência de papel e baixo consumo de energia. Exemplos de exibições eletroforéticas comerciais incluem as exibições de matriz ativa de alta resolução usadas no Amazon Kindle, Barnes & Noble Nook, Sony Reader, Kobo eReader e iRex iLiad e-readers. Esses monitores são construídos a partir de um filme de imagem eletroforética fabricado pela E Ink Corporation. Um celular que utilizou a tecnologia é o Motorola Fone.
A tecnologia de exibição eletroforética também foi desenvolvida pela SiPix e Bridgestone/Delta. A SiPix agora faz parte da E Ink Corporation. O design SiPix usa uma arquitetura Microcup flexível de 0,15 mm, em vez das microcápsulas de 0,04 mm de diâmetro da E Ink. A Divisão de Materiais Avançados da Bridgestone Corp. cooperou com a Delta Optoelectronics Inc. no desenvolvimento da tecnologia Quick Response Liquid Powder Display.
Os visores eletroforéticos podem ser fabricados usando o processo Electronics on Plastic by Laser Release (EPLaR) desenvolvido pela Philips Research para permitir que as fábricas de AM-LCD existentes criem visores de plástico flexíveis.
Exibição eletroforética microencapsulada
Uma exibição eletroforética forma imagens reorganizando partículas de pigmento carregadas com um campo elétrico aplicado.
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Na década de 1990, outro tipo de tinta eletrônica baseada em um visor eletroforético microencapsulado foi concebido e prototipado por uma equipe de alunos de graduação do MIT, conforme descrito em seu artigo na Nature. J.D. Albert, Barrett Comiskey, Joseph Jacobson, Jeremy Rubin e Russ Wilcox co-fundaram a E Ink Corporation em 1997 para comercializar a tecnologia. A E Ink posteriormente formou uma parceria com a Philips Components dois anos depois para desenvolver e comercializar a tecnologia. Em 2005, a Philips vendeu o negócio de papel eletrônico, bem como suas patentes relacionadas, para a Prime View International.
"Há há muitos anos uma ambição de pesquisadores em meios de exibição para criar um sistema flexível de baixo custo que é o analógico eletrônico do papel. Neste contexto, os monitores baseados em micropartículas têm pesquisadores intrigados longos. O contraste comutável em tais monitores é alcançado pela eletromigração de micropartículas altamente dispersantes ou absorventes (na faixa de tamanho 0,1-5 μm), bastante distinta das propriedades moleculares que governam o comportamento das telas mais familiares do cristal líquido. As telas baseadas em micropartículas possuem resistência intrínseca, apresentam endereçamento de campo d.c. extremamente baixo poder e demonstraram alto contraste e refletividade. Essas características, combinadas com uma característica de visualização quase-lambertiana, resultam em um olhar de 'ink on paper'. Mas tais exposições têm até agora sofrido de vidas curtas e dificuldade na fabricação. Aqui relatamos a síntese de uma tinta eletroforética baseada na microencapsulação de uma dispersão eletroforética. O uso de um meio eletroforético microencapsulado resolve os problemas de vida e permite a fabricação de uma tela eletrônica bistable somente por meio da impressão. Este sistema pode satisfazer as exigências práticas do papel eletrônico."
Isso usou minúsculas microcápsulas cheias de partículas brancas eletricamente carregadas suspensas em um óleo colorido. Nas primeiras versões, o circuito subjacente controlava se as partículas brancas estavam no topo da cápsula (para que parecessem brancas para o observador) ou no fundo da cápsula (para que o observador visse a cor do óleo). Isso foi essencialmente uma reintrodução da conhecida tecnologia de exibição eletroforética, mas as microcápsulas significavam que a exibição poderia ser feita em folhas de plástico flexíveis em vez de vidro. Uma versão inicial do papel eletrônico consiste em uma folha de cápsulas transparentes muito pequenas, cada uma com cerca de 40 micrômetros de diâmetro. Cada cápsula contém uma solução oleosa contendo corante preto (a tinta eletrônica), com numerosas partículas brancas de dióxido de titânio suspensas no interior. As partículas são levemente carregadas negativamente e cada uma é naturalmente branca. A tela contém microcápsulas em uma camada de polímero líquido, imprensada entre dois arranjos de eletrodos, sendo o superior transparente. As duas matrizes são alinhadas para dividir a folha em pixels, e cada pixel corresponde a um par de eletrodos situados em cada lado da folha. A folha é laminada com plástico transparente para proteção, resultando em uma espessura total de 80 micrômetros, ou o dobro do papel comum. A rede de eletrodos se conecta ao circuito de exibição, que liga a tinta eletrônica. e 'desligar' em pixels específicos aplicando uma voltagem a pares de eletrodos específicos. Uma carga negativa no eletrodo de superfície repele as partículas para o fundo das cápsulas locais, forçando o corante preto para a superfície e tornando o pixel preto. Inverter a tensão tem o efeito oposto. Ele força as partículas para a superfície, tornando o pixel branco. Uma implementação mais recente desse conceito requer apenas uma camada de eletrodos abaixo das microcápsulas. Estes são comercialmente referidos como Displays Eletroforéticos de Matriz Ativa (AMEPD).
Electrowetting
A tela de eletrólise (EWD) é baseada no controle da forma de uma interface água/óleo confinada por uma tensão aplicada. Sem tensão aplicada, o óleo (colorido) forma um filme plano entre a água e um revestimento isolante hidrofóbico (repelente à água) de um eletrodo, resultando em um pixel colorido. Quando uma voltagem é aplicada entre o eletrodo e a água, a tensão interfacial entre a água e o revestimento muda. Como resultado, o estado empilhado não é mais estável, fazendo com que a água desloque o óleo para o lado. Isso cria um pixel parcialmente transparente ou, se uma superfície branca reflexiva estiver sob o elemento comutável, um pixel branco. Devido ao pequeno tamanho do pixel, o usuário experimenta apenas a reflexão média, que fornece um elemento comutável de alto brilho e alto contraste.
Displays baseados em eletroumectação fornecem vários recursos atraentes. A alternância entre reflexão branca e colorida é rápida o suficiente para exibir conteúdo de vídeo. É uma tecnologia de baixa potência e baixa voltagem, e os monitores com base no efeito podem ser planos e finos. A refletividade e o contraste são melhores ou iguais a outros tipos de tela reflexiva e se aproximam das qualidades visuais do papel. Além disso, a tecnologia oferece um caminho único para telas coloridas de alto brilho, resultando em telas quatro vezes mais brilhantes que LCDs refletivos e duas vezes mais brilhantes que outras tecnologias emergentes. Em vez de usar filtros vermelho, verde e azul (RGB) ou segmentos alternados das três cores primárias, que efetivamente resultam em apenas um terço da tela refletindo a luz na cor desejada, a eletroumectação permite um sistema no qual um sub- pixel pode alternar duas cores diferentes de forma independente.
Isso resulta na disponibilidade de dois terços da área de exibição para refletir a luz em qualquer cor desejada. Isso é obtido construindo um pixel com uma pilha de dois filmes de óleo coloridos controláveis independentemente, além de um filtro de cor.
As cores são ciano, magenta e amarelo, que é um sistema subtrativo, comparável ao princípio usado na impressão a jato de tinta. Comparado ao LCD, o brilho é ganho porque não são necessários polarizadores.
Eletrofluídica
O display eletrofluídico é uma variação de um display eletromolhante. Displays eletrofluídicos colocam uma dispersão de pigmento aquoso dentro de um pequeno reservatório. O reservatório compreende <5-10% da área de pixel visível e, portanto, o pigmento é substancialmente oculto da vista. A voltagem é usada para puxar eletromecanicamente o pigmento para fora do reservatório e espalhá-lo como um filme diretamente atrás do substrato de visualização. Com isso, o display ganha cor e brilho semelhantes aos dos pigmentos convencionais impressos em papel. Quando a voltagem é removida, a tensão superficial do líquido faz com que a dispersão do pigmento retorne rapidamente para o reservatório. A tecnologia pode potencialmente fornecer >85% de refletância de estado branco para papel eletrônico.
A tecnologia central foi inventada no Novel Devices Laboratory da Universidade de Cincinnati. A tecnologia está sendo comercializada pela Gamma Dynamics.
Modulador interferométrico (Mirasol)
A tecnologia usada em exibições visuais eletrônicas que podem criar várias cores por meio da interferência da luz refletida. A cor é selecionada com um modulador de luz comutado eletricamente que compreende uma cavidade microscópica que é ligada e desligada usando circuitos integrados de driver semelhantes aos usados para endereçar telas de cristal líquido (LCD).
Display eletrônico plasmônico
Nanoestruturas plasmônicas com polímeros condutores também foram sugeridas como um tipo de papel eletrônico. O material tem duas partes. A primeira parte é uma metasuperfície altamente reflexiva feita por filmes de metal-isolante-metal com dezenas de nanômetros de espessura, incluindo orifícios em nanoescala. As metasuperfícies podem refletir cores diferentes dependendo da espessura do isolador. O esquema de cores RGB padrão pode ser usado como pixels para exibições coloridas. A segunda parte é um polímero com absorção ótica controlável por um potencial eletroquímico. Depois de crescer o polímero nas metasuperfícies plasmônicas, a reflexão das metasuperfícies pode ser modulada pela voltagem aplicada. Esta tecnologia apresenta ampla gama de cores, alta reflexão independente de polarização (>50 %), forte contraste (>30 %), tempo de resposta rápido (centenas de ms) e estabilidade de longo prazo. Além disso, possui consumo de energia ultrabaixo (< 0,5 mW/cm2) e potencial para alta resolução (>10.000 dpi). Como as metasuperfícies ultrafinas são flexíveis e o polímero é macio, todo o sistema pode ser dobrado. As melhorias futuras desejadas para esta tecnologia incluem biestabilidade, materiais mais baratos e implementação com matrizes TFT.
Outras tecnologias
Outros esforços de pesquisa em papel eletrônico envolveram o uso de transistores orgânicos embutidos em substratos flexíveis, incluindo tentativas de transformá-los em papel convencional. O papel eletrônico simples colorido consiste em um filtro óptico colorido fino adicionado à tecnologia monocromática descrita acima. A matriz de pixels é dividida em tríades, normalmente consistindo no padrão ciano, magenta e amarelo, da mesma forma que os monitores CRT (embora usando cores primárias subtrativas em oposição às cores primárias aditivas). O display é então controlado como qualquer outro display colorido eletrônico.
História
A E Ink Corporation da E Ink Holdings Inc. lançou os primeiros visores coloridos da E Ink para serem usados em um produto comercializado. O Ectaco Jetbook Color foi lançado em 2012 como o primeiro dispositivo de tinta eletrônica colorida, que usava a tecnologia de exibição Triton da E Ink. A E Ink no início de 2015 também anunciou outra tecnologia de tinta eletrônica colorida chamada Prism. Esta nova tecnologia é um filme de mudança de cor que pode ser usado para e-readers, mas o Prism também é comercializado como um filme que pode ser integrado ao projeto arquitetônico, como "parede, painel de teto ou sala inteira instantaneamente". 34; A desvantagem desses visores coloridos atuais é que eles são consideravelmente mais caros do que os visores E Ink padrão. O JetBook Color custa cerca de nove vezes mais do que outros e-readers populares, como o Amazon Kindle. Em janeiro de 2015, o Prism não havia sido anunciado para ser usado nos planos de nenhum dispositivo de leitura eletrônica.
Aplicativos
Várias empresas estão desenvolvendo simultaneamente papel e tinta eletrônica. Embora as tecnologias usadas por cada empresa forneçam muitos dos mesmos recursos, cada uma tem suas próprias vantagens tecnológicas distintas. Todas as tecnologias de papel eletrônico enfrentam os seguintes desafios gerais:
- Um método para encapsulação
- Uma tinta ou material ativo para preencher o encapsulamento
- Eletrônica para ativar a tinta
A tinta eletrônica pode ser aplicada em materiais flexíveis ou rígidos. Para monitores flexíveis, a base requer um material fino e flexível resistente o suficiente para suportar um desgaste considerável, como plástico extremamente fino. O método de como as tintas são encapsuladas e depois aplicadas ao substrato é o que distingue cada empresa das outras. Esses processos são complexos e são segredos da indústria cuidadosamente guardados. No entanto, fazer papel eletrônico é menos complexo e caro do que os LCDs.
Existem muitas abordagens para o papel eletrônico, com muitas empresas desenvolvendo tecnologia nessa área. Outras tecnologias aplicadas ao papel eletrônico incluem modificações de telas de cristal líquido, telas eletrocrômicas e o equivalente eletrônico de um Etch A Sketch na Universidade de Kyushu. As vantagens do papel eletrônico incluem baixo consumo de energia (a energia só é consumida quando o visor é atualizado), flexibilidade e melhor legibilidade do que a maioria dos visores. A tinta eletrônica pode ser impressa em qualquer superfície, incluindo paredes, outdoors, etiquetas de produtos e camisetas. A flexibilidade da tinta também possibilitaria o desenvolvimento de telas roláveis para dispositivos eletrônicos.
Relógios de pulso
Em dezembro de 2005, a Seiko lançou o primeiro relógio baseado em tinta eletrônica chamado Spectrum SVRD001, que possui um display eletroforético flexível e, em março de 2010, a Seiko lançou uma segunda geração deste famoso relógio de tinta eletrônica com um display de matriz ativa. O relógio inteligente Pebble (2013) usa um LCD de memória de baixo consumo fabricado pela Sharp para sua exibição de papel eletrônico.
Em 2019, a Fossil lançou um smartwatch híbrido chamado Hybrid HR, integrando uma tela de tinta eletrônica sempre ativa com ponteiros e mostrador físicos para simular a aparência de um relógio analógico tradicional.
Leitores de e-books
Em 2004, a Sony lançou o Librié no Japão, o primeiro leitor de e-book com display E Ink em papel eletrônico. Em setembro de 2006, a Sony lançou o leitor de e-book PRS-500 Sony Reader nos EUA. Em 2 de outubro de 2007, a Sony anunciou o PRS-505, uma versão atualizada do Reader. Em novembro de 2008, a Sony lançou o PRS-700BC, que incorporava uma luz de fundo e uma tela sensível ao toque.
No final de 2007, a Amazon começou a produzir e comercializar o Amazon Kindle, um leitor de e-book com display de e-paper. Em fevereiro de 2009, a Amazon lançou o Kindle 2 e em maio de 2009 o maior Kindle DX foi anunciado. Em julho de 2010, o Kindle de terceira geração foi anunciado, com mudanças notáveis no design. A quarta geração do Kindle, chamada Touch, foi anunciada em setembro de 2011, sendo a primeira saída do Kindle de teclados e botões de virada de página em favor de telas sensíveis ao toque. Em setembro de 2012, a Amazon anunciou a quinta geração do Kindle chamada Paperwhite, que incorpora uma luz frontal de LED e uma tela de maior contraste.
Em novembro de 2009, a Barnes and Noble lançou o Barnes & Noble Nook, executando um sistema operacional Android. Ele difere de outros e-readers por ter uma bateria substituível e um LCD colorido com tela de toque separada abaixo da tela principal de leitura de papel eletrônico.
Em 2017, a Sony e a reMarkable ofereceram e-books personalizados para escrita com uma caneta inteligente.
Em 2020, a Onyx lançou o primeiro tablet Android de papel eletrônico de 13,3 polegadas com iluminação frontal, o Boox Max Lumi. No final do mesmo ano, a Bigme lançou o primeiro tablet Android de papel eletrônico colorido de 10,3 polegadas, o Bigme B1 Pro. Este também foi o primeiro grande tablet de papel eletrônico a suportar dados de celular 4G.
Jornais
Em fevereiro de 2006, o diário flamengo De Tijd distribuiu uma versão eletrônica do jornal para assinantes selecionados em um estudo de marketing limitado, usando uma versão de pré-lançamento do iRex iLiad. Esta foi a primeira aplicação registrada de tinta eletrônica para publicação de jornais.
O diário francês Les Échos anunciou o lançamento oficial de uma versão eletrônica do jornal por assinatura, em setembro de 2007. Duas ofertas estavam disponíveis, combinando uma assinatura de um ano e um dispositivo de leitura. A oferta incluía um leitor leve (176g) (adaptado para Les Echos da Ganaxa) ou o iRex iLiad. Duas plataformas de processamento diferentes foram usadas para fornecer informações legíveis do dia a dia, uma baseada na recém-desenvolvida plataforma de tinta eletrônica GPP da Ganaxa, e a outra desenvolvida internamente pela Les Echos.
Exibições incorporadas em cartões inteligentes
Os cartões de exibição flexíveis permitem que os titulares de cartões de pagamento financeiro gerem uma senha de uso único para reduzir transações bancárias e fraudes on-line. O papel eletrônico oferece uma alternativa plana e fina aos tokens de chaveiro existentes para segurança de dados. O primeiro cartão inteligente compatível com ISO do mundo com um display embutido foi desenvolvido pela Innovative Card Technologies e nCryptone em 2005. Os cartões foram fabricados pela Nagra ID.
Exibições de status
Alguns dispositivos, como unidades flash USB, usam papel eletrônico para exibir informações de status, como espaço de armazenamento disponível. Uma vez definida a imagem no papel eletrônico, ela não requer energia para ser mantida, portanto, a leitura pode ser vista mesmo quando a unidade flash não estiver conectada.
Telefones celulares
O telefone celular de baixo custo da Motorola, o Motorola F3, usa um visor eletroforético alfanumérico em preto e branco.
O celular Samsung Alias 2 incorpora tinta eletrônica da E Ink no teclado, o que permite que o teclado altere os conjuntos de caracteres e a orientação em diferentes modos de exibição.
Em 12 de dezembro de 2012, a Yota Devices anunciou o primeiro "YotaPhone" protótipo e foi lançado posteriormente em dezembro de 2013, um smartphone exclusivo de tela dupla. Ele possui um LCD HD de 4,3 polegadas na frente e um display de tinta eletrônica na parte traseira.
Em maio e junho de 2020, a Hisense lançou o hisense A5c e A5 pro cc, os primeiros smartphones coloridos com tinta eletrônica. Com um display colorido único, com luz frontal alternável rodando Android 9 e Android 10.
Etiquetas de prateleira eletrônicas
Etiquetas de prateleira eletrônicas (ESL) baseadas em papel eletrônico são usadas para exibir digitalmente os preços de mercadorias em lojas de varejo. As etiquetas baseadas em papel eletrônico são atualizadas por infravermelho bidirecional ou tecnologia de rádio e alimentadas por uma célula tipo moeda recarregável. Algumas variantes usam ZBD (display zenital biestável), que é mais semelhante ao LCD, mas não precisa de energia para reter uma imagem.
Horários de transporte público
As exibições de e-paper nas paradas de ônibus ou bondes podem ser atualizadas remotamente. Em comparação com os monitores de LED ou cristal líquido (LCDs), eles consomem menos energia e o texto ou os gráficos permanecem visíveis durante uma falha de energia. Comparado aos LCDs, é bem visível também sob a luz do sol.
Sinalização digital
Por causa de suas propriedades de economia de energia, o papel eletrônico provou ser uma tecnologia adequada para aplicações de sinalização digital.
Monitor de computador
O papel eletrônico é usado em monitores de computador como o Dasung Paperlike 3 HD de 13,3 polegadas e o Paperlike 253 de 25,3 polegadas.
Notebook
Alguns laptops como o Lenovo ThinkBook Plus usam e-paper como tela secundária.
Etiquetas Eletrônicas
Normalmente, as etiquetas eletrônicas e-paper integram a tecnologia e-ink com interfaces sem fio como NFC ou UHF. Eles são mais comumente usados como funcionários de funcionários. Cartões de identificação ou como etiquetas de produção para rastrear mudanças e status de fabricação. As E-Paper Tags também estão sendo cada vez mais usadas como etiquetas de envio, especialmente no caso de caixas reutilizáveis. Um recurso interessante fornecido por alguns fabricantes de etiquetas de papel eletrônico é o design sem bateria. Isso significa que a energia necessária para a atualização do conteúdo de um monitor é fornecida sem fio e o próprio módulo não contém nenhuma bateria.
Outro
Outras aplicações propostas incluem roupas, porta-retratos digitais, painéis informativos e teclados. Os teclados com teclas dinamicamente alteráveis são úteis para idiomas menos representados, layouts de teclado não padrão, como Dvorak, ou para aplicativos não alfabéticos especiais, como edição de vídeo ou jogos. O reMarkable é um tablet para escrever e fazer anotações.