1. El concepto de papel electrónico
El papel electrónico puede mantener su pantalla incluso cuando está apagado, posee una cierta capacidad de memoria y la mayoría de las funcionalidades del papel tradicional. El material base del papel electrónico son principalmente compuestos de poliéster, recubiertos con circuitos en la superficie. Los cambios en el campo eléctrico externo controlan el movimiento de las cápsulas electrónicas dentro del circuito para alterar el texto y las imágenes. El papel electrónico se caracteriza por su bajo consumo de energía y flexibilidad, lo que proporciona una calidad de visualización delicada, un amplio ángulo de visión y una excelente visibilidad bajo la luz del sol sin puntos ciegos.
En 1999, E Ink Corporation introdujo por primera vez una pantalla que utilizaba tinta electrónica. En 2007, Amazon lanzó el lector electrónico Kindle de primera generación, equipado con una pantalla de tinta electrónica de 6 pulgadas y 4 niveles. Desde la clásica pantalla de tinta electrónica en blanco y negro hasta la actualidad, ha evolucionado para lograr capacidades de visualización a todo color con ocho colores primarios. En comparación con las pantallas tradicionales, las pantallas de tinta electrónica tienen una característica biestable, lo que significa que solo consumen energía cuando cambian los colores de los píxeles. La pantalla puede retener imágenes incluso después de apagar la energía. Además, como tecnología de visualización, las pantallas de tinta electrónica pueden imitar la experiencia visual de imprimir y escribir en papel.
2. Principios de visualización del papel electrónico
Existen varios enfoques tecnológicos para el papel electrónico, entre los que se incluyen la tecnología de visualización electroforética (EPD), la tecnología de visualización de cristal líquido colestérico (Ch-LCD), la tecnología de cristal líquido nemático trenzado biestable (Bi-TNLCD), la tecnología de visualización electrohumectante (EWD), la tecnología de visualización electrofluídica (EFD) y la tecnología de modulador interferométrico (iMod). Entre ellas, la tecnología de visualización electroforética es la más representativa, ya que lleva muchos años en producción en masa con procesos maduros, bajo coste, alto rendimiento y la mayor similitud con el papel tradicional.
La tecnología de visualización electroforética es una de las primeras tecnologías de visualización similares al papel que se desarrollaron. Su principio básico consiste en utilizar un campo eléctrico externo para controlar el movimiento de partículas cargadas dentro de un líquido. Cuando estas partículas se mueven a una posición específica, muestran diferentes colores.
La tecnología de tinta electroforética, conocida comúnmente como tinta electrónica, consiste en aplicar tinta electrónica sobre una capa de película de plástico y luego recubrirla con un circuito de transistor de película fina (TFT). Controlada por un circuito integrado de control, esta disposición forma gráficos de píxeles, creando pantallas de papel electrónico (EPD). A diferencia de las pantallas planas típicas que utilizan la emisión de luz para producir imágenes, las pantallas de tinta electrónica emplean principalmente tecnología de visualización electroforética. Dependen de la reflexión de la luz ambiental para la visualización de imágenes, lo que hace que la lectura sea más cómoda. Además, las imágenes mostradas permanecen claras incluso bajo la luz solar directa, con un ángulo de visión muy amplio, teóricamente de hasta 180 grados.
3. Construcción del papel electrónico
Las pantallas de papel electrónico (EPD) suelen estar compuestas por un cristal antirreflejos, una fuente de luz frontal, una función táctil, una película de tinta electrónica, una placa base TFT, un controlador y un administrador de energía, entre otros componentes. La película de tinta electrónica suele estar compuesta por millones de microcápsulas. Estas microcápsulas contienen partículas blancas y negras que están cargadas positiva o negativamente. Se mueven en respuesta a los cambios en el campo eléctrico, lo que permite que áreas específicas aparezcan negras o blancas, formando así los gráficos de píxeles correspondientes.
La sustancia principal desarrollada por E Ink Holdings para su tecnología de tinta electrónica de microcápsulas es la tinta electrónica, que consta principalmente de dos partes: tinte negro y partículas electroforéticas de dióxido de titanio cargadas de blanco.
Las partículas electrónicas están suspendidas en el tinte, dispuestas de manera uniforme y se mueven de manera aleatoria. Están encapsuladas por una cubierta transparente. Bajo la influencia de un campo eléctrico externo, las partículas blancas pueden detectar la carga y moverse en diferentes direcciones. El lado donde se acumulan las partículas blancas puede mostrar blanco, mientras que el lado opuesto muestra el color del tinte, es decir, negro. El papel electrónico utiliza este principio para lograr transiciones de color para textos e imágenes.
4. Materiales de papel electrónico
- Materiales de sustrato:Los sustratos de papel electrónico suelen estar hechos de plástico (como una película de poliéster) o vidrio. Los sustratos de plástico tienen la ventaja de ser livianos y flexibles, lo que los hace adecuados para crear papel electrónico flexible. Los sustratos de vidrio, por otro lado, brindan una mejor protección y durabilidad.
- Materiales de microcápsulas: Las microcápsulas son los componentes principales del papel electrónico y suelen estar hechas de materiales poliméricos. Cada microcápsula contiene partículas blancas y negras, que suelen estar hechas de materiales como el negro de carbono o el dióxido de titanio blanco. El tamaño de las microcápsulas suele oscilar entre unas pocas micras y varias decenas de micras.
- Materiales conductores: Los electrodos transparentes del papel electrónico suelen utilizar óxido de indio y estaño (ITO) u otros materiales conductores. Estos materiales no solo poseen una buena conductividad, sino también una alta transparencia, lo que permite conducir la electricidad de manera eficaz sin afectar la calidad de la pantalla.
- Materiales de tinta: Las partículas de pigmento utilizadas en la tinta electrónica generalmente están hechas de materiales inorgánicos u orgánicos, y ofrecen buena dispersabilidad y estabilidad para garantizar la claridad y longevidad de las imágenes mostradas.
- Película protectora: Para aumentar la durabilidad del papel electrónico, se suele aplicar una película protectora a la superficie. Esta película ayuda a evitar rayones y daños externos, lo que prolonga la vida útil del papel electrónico.
5. Proceso de fabricación del papel electrónico
La tecnología de la tinta electroforética, conocida comúnmente como tinta electrónica, es fundamental para el proceso de fabricación del papel electrónico. Este proceso implica recubrir una capa de tinta electrónica sobre una película de plástico. A continuación, se lamina un circuito de transistor de película fina (TFT) sobre esta película recubierta. Controlado por un CI controlador, esta disposición facilita la formación de gráficos de píxeles, que son los componentes básicos de las pantallas de papel electrónico (EPD). Este método permite un control y una manipulación precisos de las partículas de tinta dentro de las microcápsulas, lo que permite que la pantalla muestre imágenes y texto reorganizando estas partículas bajo influencia eléctrica.
Para controlar los costos de producción y teniendo en cuenta las características de los materiales de visualización electroforética, las películas de visualización electroforética de microcápsulas actuales se producen utilizando un método de recubrimiento de rollo a rollo. Este proceso permite la producción rápida de materiales de visualización que cumplen con los requisitos de las aplicaciones del producto. La imagen mencionada normalmente muestra el rollo de material de película a medida que se procesa en este método de fabricación continua.
6. Ventajas y desventajas del papel electrónico
· Ventajas
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- Bajo consumo de energía: El papel electrónico consume muy poca energía; normalmente solo utiliza electricidad cuando actualiza la pantalla, por lo que prácticamente no utiliza energía en el modo de espera.
- Buena legibilidad: Debido a su naturaleza de pantalla reflectante, el papel electrónico mantiene una buena legibilidad bajo luz fuerte, similar a la del papel tradicional.
- Ligero y flexible: La ligereza y flexibilidad del papel electrónico lo hacen adecuado para diversos dispositivos portátiles y pantallas flexibles.
- Comodidad para los ojos: El papel electrónico reduce el resplandor y la radiación de luz azul, lo que lo hace más cómodo para largas sesiones de lectura.
· Desventajas
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- Costo: El coste de producción del papel electrónico es relativamente alto, lo que limita su proliferación en algunos mercados de gama baja. Sin embargo, se espera que el rendimiento de la tecnología de visualización electroforética, especialmente la tecnología de visualización de microcápsulas, mejore anualmente debido a su sencillo proceso de fabricación y al método de recubrimiento de rollo a rollo similar a la producción de papel. A medida que aumenten los volúmenes de producción y los rendimientos, se espera que el coste de las pantallas de papel electrónico disminuya anualmente. Al igual que otros productos electrónicos, es probable que el precio de las pantallas de papel electrónico siga bajando, lo que dará lugar a diversas aplicaciones emergentes a medida que disminuyan los costes.
- Frecuencia de actualización lenta: El papel electrónico tiene una frecuencia de actualización relativamente lenta, lo que lo hace inadecuado para mostrar videos dinámicos o contenido que cambia rápidamente. Para cumplir con los requisitos de rendimiento de biestabilidad, la tecnología de visualización de papel electrónico sacrifica la velocidad de respuesta, ya que los tiempos de actualización demoran varios cientos de milisegundos, lo que es insuficiente para las aplicaciones de video. Con los avances tecnológicos, han surgido materiales de papel electrónico con una respuesta más rápida y los tiempos de respuesta se han reducido a decenas de milisegundos, con potencial para futuras mejoras para satisfacer las demandas de los clientes.
- Coloración completa: La mayoría de las tecnologías de visualización de papel electrónico son principalmente monocromáticas, y el papel electrónico a color tiene costos más altos y desafíos técnicos. Actualmente, la visualización electroforética en color del papel electrónico se puede lograr de dos maneras: una usando un filtro de color sobre papel electrónico blanco y negro, y la otra usando partículas o tintes de color, con muestras ya producidas. Sin embargo, debido a que depende de la luz reflejada para la formación de imágenes, las pantallas de papel electrónico se ven algo tenues en comparación con el brillo y la precisión de color de las pantallas LCD. Por lo tanto, la colorización es un avance revolucionario para la tecnología del papel electrónico, con importantes recursos que se están dedicando a la investigación y el desarrollo, lo que promete la disponibilidad futura de pantallas de papel electrónico a color.
- Durabilidad: Si bien el papel electrónico es relativamente duradero, su rendimiento puede verse afectado en condiciones extremas (como altas temperaturas y humedad). A diferencia de los lectores convencionales, que no esperan enrollar un libro, el propósito principal de usar pantallas de papel electrónico flexibles no es que se puedan enrollar, sino que sean portátiles y resistentes a los impactos. Las pantallas de papel electrónico flexibles pueden optar por sustratos de plástico como placas base. El papel electrónico con sustratos de plástico es aproximadamente un 80 % más liviano que los fabricados con materiales de vidrio y solo tiene un grosor de aproximadamente 0.3 mm, lo que satisface las demandas de características livianas, delgadas y resistentes a los impactos. Sin embargo, el mayor desafío para los sustratos de plástico es su resistencia al calor y la estabilidad química, lo que requiere mejoras constantes en los materiales del sustrato.
7. Aplicaciones del papel electrónico
- Lectores de libros electrónicos: El papel electrónico es el más utilizado en lectores de libros electrónicos, como el Kindle de Amazon. Gracias a su experiencia de lectura similar a la del papel, el papel electrónico permite a los usuarios leer durante largos períodos sin cansar la vista de forma significativa.
- Vallas publicitarias y pantallas informativas: Muchas empresas y espacios públicos están empezando a utilizar papel electrónico para vallas publicitarias y sistemas de visualización de información. La claridad del papel electrónico a la luz del sol y su bajo consumo de energía lo hacen ideal para mostrar información durante períodos prolongados.
- Etiquetas inteligentes: En el comercio minorista y la logística, las etiquetas de papel electrónico (como las etiquetas electrónicas para estanterías) se utilizan ampliamente. Pueden actualizarse en tiempo real con información sobre precios y productos, lo que reduce los costos asociados con las actualizaciones manuales.
- Dispositivos portátiles: Algunos relojes inteligentes y rastreadores de actividad física han comenzado a incorporar tecnología de pantalla de papel electrónico para mejorar la duración de la batería y mejorar la legibilidad en diversas condiciones de iluminación.
- Dispositivos educativos: La tecnología del papel electrónico se está adoptando gradualmente en el sector educativo, por ejemplo en exámenes electrónicos y tabletas de aprendizaje, ofreciendo una forma de aprendizaje más flexible y respetuosa con el medio ambiente.