e-Ink : tout savoir sur les écrans des liseuses

Les écrans jouent un rôle crucial dans notre utilisation quotidienne de la technologie, mais ils peuvent endommager notre vue, provoquer une fatigue oculaire et entraîner d'autres problèmes. Pour éviter cela tout en profitant de votre livre numérique préféré, privilégiez les écrans dotés de la technologie que nous allons aborder aujourd'hui. Parmi les différentes technologies d'affichage disponibles, les écrans à encre électronique (e-Ink) ont gagné en popularité grâce à leurs caractéristiques uniques, qui améliorent l'expérience de lecture et la rendent aussi proche que possible de la lecture sur papier.

Mais... savez-vous vraiment ce que c'est ?

Qu'est-ce que l'e-Ink ou l'ePaper ?

On l'appelle de différentes manières : papier électronique ou ePaper, encre électronique ou e-Ink . Quel que soit son nom, il s'agit d'un type d'écran qui imite l'apparence de l'encre ordinaire sur du papier. Contrairement aux écrans plats classiques qui émettent de la lumière, un écran ePaper réfléchit la lumière ambiante, comme le papier. Cela peut le rendre plus confortable à lire et offrir un angle de vision plus large que la plupart des écrans à émission de lumière. Le taux de contraste des écrans ePaper disponibles se rapproche de celui d'un journal, et les écrans récemment développés sont légèrement meilleurs. Un écran ePaper idéal permet de lire l'image en plein soleil sans qu'elle ne se décolore, contrairement à de nombreux autres appareils tels que les tablettes, les smartphones, les ordinateurs, etc.

De nombreuses technologies de papier électronique permettent de stocker indéfiniment du texte et des images statiques sans alimentation électrique . Elles sont ainsi idéales pour les appareils mobiles alimentés par batterie, pouvant prolonger l'autonomie de celle-ci pendant des jours, voire des semaines, selon la consommation énergétique globale de l'appareil.

Comment fonctionne l'e-Ink ou l'ePaper

Il est impossible de généraliser le fonctionnement des écrans à encre électronique (e-ink), car il existe de nombreuses technologies différentes, chacune fonctionnant différemment, comme nous le verrons plus loin dans la section consacrée aux différents types. Par exemple, en électrophorèse, lorsqu'un champ électrique est appliqué à une microcapsule, les particules chargées se déplacent vers l'électrode de charge opposée. Ainsi, si l'électrode inférieure est positive, les particules noires se déplaceront vers le bas et les particules blanches vers le haut.

• Microcapsules: Ils sont composés de millions de microcapsules, dont chacune a approximativement la même largeur qu'un cheveu humain. Chaque microcapsule contient des particules chargées en suspension dans un fluide clair. Ces capsules sont réparties sur l'ensemble du panneau ou de l'écran. À l’intérieur de chaque microcapsule se trouvent des particules blanches portant une charge positive et des particules noires portant une charge négative. D'un fonctionnement simple, ils se polarisent selon la charge électrique pour afficher du texte et des images, en noir et blanc. De cette façon, vous pouvez voir un point ou un pixel noir ou blanc...

L'une des principales caractéristiques des écrans à encre électronique est leur bistabilité . Cela signifie qu'une fois l'image formée, aucune alimentation n'est nécessaire pour la maintenir. L'image reste affichée même lorsque l'écran est éteint. D'où leur faible consommation d'énergie par rapport aux écrans classiques.

La technologie a progressé, et il existe désormais des écrans couleur plus performants capables d'afficher une multitude de couleurs pour montrer des images de livres, de bandes dessinées, etc.

Un peu d'histoire

Bien que cela puisse paraître récent, l'histoire de ces écrans remonte en réalité à plusieurs décennies, plus précisément aux années 1970, lorsque Nick Sheridon, du centre de recherche Xerox de Palo Alto, a mis au point le premier papier électronique, appelé Gyricon . Ce matériau novateur était constitué de sphères de polyéthylène pouvant tourner librement et afficher une face blanche ou noire selon la polarité de la tension appliquée, créant ainsi un affichage en noir ou blanc contrôlé électriquement.

Malgré ces progrès, l'idée d'un écran basse consommation imitant le papier ne s'est concrétisée que des décennies plus tard. C'est le physicien Joseph Jacobson, alors étudiant postdoctoral à l'université de Stanford , qui a imaginé un livre à plusieurs pages dont le contenu pourrait être modifié d'une simple pression sur un bouton et qui nécessiterait très peu d'énergie pour fonctionner.

Jacobson a été recruté par Neil Gershenfeld au MIT Media Lab en 1995. Là, Jacobson a recruté deux étudiants de premier cycle du MIT, Barrett Comiskey et JD Albert, pour créer la technologie de visualisation nécessaire pour faire de sa vision une réalité.

L'idée de départ était de créer de petites sphères mi-blanches, mi-noires , à l'instar du Gyricon de Xerox. Cependant, cette approche s'est avérée complexe. Au cours de ses expériences, Albert Comiskey a accidentellement créé des sphères entièrement blanches. Il a alors expérimenté la charge et l'encapsulation de ces particules blanches dans des microcapsules contenant un colorant foncé. Il a ainsi obtenu un système de microcapsules pouvant être appliquées sur une surface et chargées indépendamment pour créer des images en noir et blanc.

En 1996, le MIT a déposé le premier brevet pour un écran électrophorétique microencapsulé . Les avantages de cet écran et son potentiel à répondre aux exigences pratiques du papier électronique ont été perçus comme une avancée majeure, notamment pour son utilisation dans les appareils de lecture. Cependant, la technologie était encore rudimentaire à cette époque et les écrans couleur de ce type n'existaient pas encore.

En 1997, Albert, Comiskey et Jacobson, accompagnés de Russ Wilcox et Jerome Rubin, ont fondé la société E-Ink Corporation , deux mois avant l'obtention du diplôme d'Albert et de Comiskey. Depuis, la technologie e-Ink n'a cessé d'évoluer, trouvant des applications dans une multitude d'appareils et transformant notre interaction avec le numérique.

Cette entreprise taïwanaise , spécialisée dans la fabrication et la distribution d'écrans électrophorétiques, a su tirer profit de plusieurs initiatives stratégiques pour devenir un acteur majeur du secteur. Par exemple, en 2005, Philips a cédé son activité de papier électronique à Prime View International (PVI), un fabricant basé à Hsinchu, à Taïwan. En 2008, E Ink Corp. a annoncé un accord initial de rachat par PVI pour 215 millions de dollars, un montant finalement porté à 450 millions de dollars après négociations. Le rachat d'E Ink a été officialisé le 24 décembre 2009. Cette acquisition par PVI a permis d'accroître considérablement la capacité de production d'écrans à papier électronique d'E Ink. PVI a alors pris le nom d'E Ink Holdings Inc. En décembre 2012, l'entreprise a acquis SiPix, un concurrent du secteur des écrans électrophorétiques, consolidant ainsi sa position de leader sur le marché.

Applications d'écran e-Ink

Avec le développement et la maturation de cette technologie, de nombreuses entreprises ont commencé à développer ou à acquérir des écrans de ce type auprès de leurs fournisseurs pour une utilisation dans une multitude d'applications, bien que les plus connues soient les liseuses électroniques, il y a eu en réalité des tentatives et des applications dans d'autres secteurs :

• Écrans flexibles: puisque cette technologie s'adapte bien aux panneaux rigides et aussi à ceux qui peuvent être pliés. Par exemple, il peut être utilisé pour certains appareils mobiles ou portables flexibles, tels que le Motorola F3 à faible coût, le Samsung Alias ​​​​2, le YotaPhone, l'Hisense A5c, qui utilisent un écran e-Ink au lieu de l'écran LCD, ou le Spectrum de Seiko. SVRD001, le Sharp Pebble, etc.
• liseuses électroniques: comme nous l'avons déjà mentionné, comme ceux que nous avons sur cette page, de différentes marques, Sony, Kindle, Kobo, Onyx, etc. Par ailleurs, il existe déjà aussi bien des écrans classiques que des écrans tactiles, ainsi que des écrans couleur ou sensibles aux stylets électroniques.
• Ordinateurs portables et moniteurs PC: Bien que ce ne soit pas courant, il existe certains modèles spéciaux, comme le Lenovo ThinkBook Plus, avec un écran e-Paper. On voit également de nombreuses tablettes Android qui utilisent ce type d'écran, pour réaliser des appareils 2-en-1 ou des hybrides entre une liseuse et une tablette.
• journaux électroniques: Le quotidien flamand De Tijd a également distribué une version électronique de son journal papier en version limitée, utilisant une version préliminaire de l'iRex iLiad. D'autres exemples viendront plus tard.
• Cartes à puce et périphériques- Certaines cartes à puce peuvent également utiliser ce type d'écrans e-ink à faible consommation, comme ceux fabriqués par Nagra ID et les développements d'Innovative Card Technologies et nCryptone. Ils étaient également utilisés pour certains autres périphériques, tels que les clés USB avec écrans.
• Tableaux de bord publics: Ils peuvent également être utilisés pour réduire la consommation des panneaux ou écrans électroniques qui affichent des informations dans les aéroports, les gares, les panneaux routiers, les panneaux de signalisation, etc.
• Autres: Nous avons également d'autres utilisations possibles, comme les étiquettes électroniques avec écran e-Ink, les vêtements intelligents, les claviers comme celui de Dvorak, les jeux, etc.

Technologies d'affichage du papier électronique

En ce qui concerne les technologies existantes, nous pouvons en différencier plusieurs , tant au niveau fondamental qu'en termes de versions proposées par e-Ink Corporation :

Types de panneaux

Parmi les technologies développées au fil du temps pour la mise en œuvre des écrans à encre électronique, il convient de souligner :

• Gyricon: Le papier électronique a été développé pour la première fois dans les années 1970 par Nick Sheridon au centre de recherche de Xerox à Palo Alto. Le premier papier électronique, appelé Gyricon, était constitué de sphères de polyéthylène mesurant entre 75 et 106 micromètres. Chaque sphère est une particule Janus composée de plastique noir chargé négativement d'un côté et de plastique blanc chargé positivement de l'autre. Les sphères sont intégrées dans une feuille de silicone transparent, chaque sphère étant suspendue dans une bulle d'huile afin qu'elle puisse tourner librement. La polarité de la tension appliquée à chaque paire d'électrodes détermine si le côté blanc ou noir est orienté vers le haut, donnant ainsi au pixel un aspect blanc ou noir. En 2007, la société estonienne Visitret Displays développait ce type d'affichage en utilisant du fluorure de polyvinylidène (PVDF) comme matériau pour les sphères, améliorant considérablement la vitesse de la vidéo et réduisant la tension de commande nécessaire.
• EPD (affichage électrosphérique): Un affichage électrophorétique forme des images en réorganisant les particules de pigment chargées avec un champ électrique appliqué. Dans la mise en œuvre la plus simple d’un EPD, des particules de dioxyde de titane d’environ un micromètre de diamètre sont dispersées dans une huile d’hydrocarbure. Un colorant de couleur foncée est également ajouté à l’huile, ainsi que des tensioactifs et des agents de charge qui permettent aux particules de se charger électriquement. Ce mélange est placé entre deux plaques conductrices parallèles séparées par un espace de 10 à 100 micromètres. Lorsqu'une tension est appliquée aux bornes des deux plaques, les particules migrent par électrophorèse vers la plaque en portant la charge opposée à celle des particules. Lorsque les particules sont situées sur le côté avant (visualisation) de l'écran, le blanc apparaît, car la lumière est renvoyée vers le spectateur par les particules de titane à indice élevé. Lorsque les particules se trouvent à l’arrière de l’écran, celui-ci apparaît sombre car la lumière est absorbée par la teinte de couleur. Si l'électrode arrière est divisée en une série de petits éléments d'image (pixels), une image peut alors être formée en appliquant la tension appropriée à chaque région de l'écran pour créer un motif de régions réfléchissantes et absorbantes. Les EPD sont généralement traités à l'aide de la technologie TFT (Thin Film Transistor) basée sur MOSFET.
• Électrophorétique microencapsulée: Dans les années 1990, une équipe d'étudiants de premier cycle du MIT a conçu et prototypé un nouveau type d'encre électronique basée sur un écran électrophorétique microencapsulé, provenant d'E-Ink Corp et utilisé par l'entreprise européenne Philips. Cette technologie utilise des microcapsules remplies de particules blanches chargées électriquement en suspension dans une huile colorée. Le circuit sous-jacent contrôle si les particules blanches se trouvent en haut de la capsule (pour qu'elles paraissent blanches au spectateur) ou au bas de la capsule (pour que le spectateur voie la couleur de l'huile). Cette technologie a permis à l'écran d'être constitué de feuilles de plastique flexibles au lieu de verre. Une mise en œuvre plus récente de ce concept nécessite uniquement une couche d'électrodes sous les microcapsules.
• Écran d'électromouillage (EWD): est une technologie qui contrôle la forme d’une interface eau/huile confinée grâce à une tension appliquée. Sans tension, l'huile (colorée) forme un film plat entre l'eau et le revêtement isolant hydrophobe d'une électrode, ce qui donne un pixel coloré. En appliquant une tension entre l'électrode et l'eau, la tension interfaciale entre l'eau et le revêtement change, provoquant le déplacement de l'huile par l'eau, créant ainsi un pixel partiellement transparent ou blanc s'il y a une surface réfléchissante blanche sous l'élément commutable. Les écrans basés sur l’électromouillage offrent plusieurs fonctionnalités intéressantes. La commutation entre la réflexion blanche et colorée est suffisamment rapide pour afficher du contenu vidéo. Il s'agit d'une technologie basse consommation et basse tension, et les écrans basés sur l'effet peuvent être plats et fins. La réflectivité et le contraste sont meilleurs ou égaux à d'autres types d'écrans réfléchissants et se rapprochent des qualités visuelles du papier. De plus, la technologie offre une voie unique vers des écrans couleur haute luminosité, conduisant à des écrans quatre fois plus lumineux que les écrans LCD réfléchissants et deux fois plus lumineux que les autres technologies émergentes. Au lieu d'utiliser des filtres rouge, vert et bleu (RVB) ou des segments alternés des trois couleurs primaires, ce qui fait que seulement un tiers de l'écran réfléchit la lumière dans la couleur souhaitée, l'électromouillage permet de créer un système dans lequel un sous-pixel peut changer deux couleurs différentes indépendamment. Cela signifie que les deux tiers de la zone d'affichage sont disponibles pour réfléchir la lumière dans n'importe quelle couleur souhaitée. Ceci est réalisé en construisant un pixel avec un empilement de deux films d'huile colorés contrôlables indépendamment et un filtre couleur. Les couleurs sont le cyan, le magenta et le jaune (RVB), qui est un système soustractif, comparable au principe utilisé en impression jet d'encre. Par rapport au LCD, la luminosité est gagnée car les polariseurs ne sont pas nécessaires.
• Électrofluidique: est une variante de l'affichage EWD qui place une dispersion de pigment aqueux à l'intérieur d'un petit réservoir. Ce dépôt représente moins de 5 à 10 % de la zone de pixel visible et le pigment est donc sensiblement caché à la vue. La tension est utilisée pour extraire électromécaniquement le pigment du réservoir et l'étaler sous forme de film directement derrière le substrat d'affichage. En conséquence, l'écran acquiert une couleur et une luminosité similaires aux pigments conventionnels imprimés sur papier. Lorsque la tension est supprimée, la tension superficielle du liquide provoque la rétraction rapide de la dispersion de pigment dans le réservoir. La technologie peut potentiellement fournir plus de 85 % de réflectance à l’état blanc pour le papier électronique. La technologie de base a été inventée au laboratoire des nouveaux dispositifs de l'Université de Cincinnati et des prototypes fonctionnels ont été développés en collaboration avec Sun Chemical, Polymer Vision et Gamma Dynamics. Il dispose d'une large marge sur des aspects critiques tels que la luminosité, la saturation des couleurs et le temps de réponse. Étant donné que la couche optiquement active peut avoir une épaisseur inférieure à 15 micromètres, il existe un fort potentiel pour les écrans enroulables.
• Modulateur interférométrique (Mirasol): Le modulateur interférométrique est une technologie utilisée dans les affichages visuels électroniques qui peut créer diverses couleurs grâce à l'interférence de la lumière réfléchie. La couleur est sélectionnée à l'aide d'un modulateur de lumière à commutation électrique comprenant une cavité microscopique qui est activée et désactivée à l'aide de circuits intégrés de commande similaires à ceux utilisés pour piloter un écran LCD.
• Affichage électronique-plasmonique: est une technologie qui utilise des nanostructures plasmoniques avec des polymères conducteurs. Cette technologie offre une large gamme de couleurs, une réflexion élevée indépendante de la polarisation (> 50 %), un contraste fort (> 30 %), un temps de réponse rapide (des centaines de ms) et une stabilité à long terme. De plus, il présente une consommation d'énergie ultra faible (<0.5 mW/cm2) et un potentiel de haute résolution (>10000 XNUMX dpi). Étant donné que les métasurfaces ultrafines sont flexibles et que le polymère est mou, l’ensemble du système peut se plier. Les améliorations futures souhaitées pour cette technologie incluent la bistabilité, des matériaux moins chers et la mise en œuvre de matrices TFT. Et, pour ce faire, il est composé de deux éléments ou parties clés :
  • La première est une métasurface hautement réfléchissante constituée de films métal-isolant-métal de plusieurs dizaines de nanomètres d’épaisseur qui comprennent des trous à l’échelle nanométrique. Ces métasurfaces peuvent refléter différentes couleurs selon l'épaisseur de l'isolant. La palette de couleurs RVB standard peut être utilisée comme pixels pour les écrans couleur.
  • La deuxième partie est un polymère à absorption optique contrôlable par un potentiel électrochimique. Après avoir fait croître le polymère sur les métasurfaces plasmoniques, la réflexion des métasurfaces peut être modulée par la tension appliquée.
• LCD réfléchissant: Il s'agit d'une technologie similaire au LCD classique, mais le panneau de rétroéclairage est remplacé par une surface réfléchissante.

Il existe d’autres technologies développées ou en cours de développement, bien que celles ci-dessus soient les plus importantes. Par exemple, les chercheurs font de gros efforts pour utiliser des transistors organiques intégrés dans des substrats flexibles, simplifier les affichages couleur grâce à l'optique, etc.

Versions e-Ink

Je recommande toujours de choisir des liseuses à écran e-Ink plutôt qu'à écran LCD. En effet, l'encre électronique est non seulement plus agréable pour les yeux, mais elle offre également une expérience de lecture similaire à celle du papier, tout en consommant beaucoup moins d'énergie que les écrans traditionnels. Lors du choix d'un écran e-Ink ou d'un écran à papier électronique, sachez qu'il existe plusieurs versions de ces technologies , brevetées par e-Ink Holdings, telles que :

• Vizplex : Il s'agissait de la première génération d'écrans à encre électronique, utilisée par certaines marques très populaires en 2007.
• Perle: Cette amélioration a été introduite trois ans plus tard et a été utilisée par Amazon pour son Kindle, ainsi que dans d'autres modèles tels que Kobo, Onyx et Pocketbook.
• Mobius: Il est similaire aux précédents, mais inclut une couche de plastique transparent et flexible sur l'écran pour mieux résister aux chocs. Onyx, une entreprise chinoise, faisait partie de celles qui utilisaient cet écran.
• triton: Elle a été introduite pour la première fois en 2010, bien qu'une deuxième version améliorée ait été publiée en 2013. Cette technologie incluait pour la première fois la couleur dans les écrans à encre électronique, avec 16 nuances de gris et 4096 XNUMX couleurs. Pocketbook a été l'un des premiers à l'utiliser.
• Lettre et lettre HD: Ils sont sortis en 2013, et il existe deux versions différentes. L’e-Ink Carta a une résolution de 768 × 1024 px, une taille de 6″ et une densité de pixels de 212 ppi. Quant à la version e-Ink Carta HD, elle passe à une résolution de 1080x1440 px et 300 ppi, en conservant 6 pouces. Ce format est très populaire, utilisé par les meilleurs modèles de liseuses actuels.
• Kaleido: Cette technologie est arrivée en 2019, avec une version Plus en 2021 et une version Kaleido 3 en 2022. Il s'agit d'améliorations de l'écran couleur, basées sur des panneaux en niveaux de gris en ajoutant un calque avec un filtre de couleur. La version Plus a amélioré la texture et la couleur pour une image plus claire, et le Kaleido 3 offre des couleurs beaucoup plus vives, avec une saturation des couleurs 30 % plus élevée que la génération précédente, 16 niveaux de niveaux de gris et 4096 couleurs.
• Galerie 3: C'est le modèle le plus récent, et vient d'arriver en 2023, il est basé sur ACeP (Advanced Color ePaper) pour obtenir des couleurs plus complètes et avec une seule couche de fluide électrophorétique contrôlée par des tensions compatibles avec les fonds de panier TFT commerciaux. Il s’agit d’une technologie e-Ink couleur qui améliore le temps de réponse, c’est-à-dire le temps nécessaire pour passer d’une couleur à l’autre. Par exemple, du blanc au noir en seulement 350 ms, et entre les couleurs, selon la qualité cela peut passer de 500 ms à 1500 ms. De plus, ils sont équipés d'un éclairage frontal ComfortGaze qui réduit la quantité de lumière bleue réfléchie sur la surface de l'écran afin que vous puissiez mieux vous endormir et ne causez pas autant de fatigue oculaire.

Avenir

Plastic Logic Germany est une entreprise (développeuse et fabricante) issue d'un projet dérivé du laboratoire Cavendish de l'Université de Cambridge. Fondée en 2000 par Richard Friend, Henning Sirringhaus et Stuart Evans, elle est spécialisée dans le développement et la fabrication d' écrans électrophorétiques (EPD) basés sur la technologie des transistors organiques à couches minces (OTFT), à Dresde, en Allemagne. Ces écrans permettent d'afficher des informations comme sur un écran classique, mais sur un support flexible. Ils ont apporté une contribution significative au domaine des écrans flexibles, qui semblent représenter l'avenir, comme nous le constatons dans de nombreux cas. L'association de cette technologie avec le papier électronique ou l'encre électronique permettra de créer des éléments très similaires en termes de poids et de flexibilité aux feuilles de papier, avec toutes leurs applications et leurs avantages.