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Papier électronique

Le papier électronique, appelé aussi E-paper, est une technique d'affichage cherchant à imiter l'apparence d'une feuille imprimée. Contrairement aux techniques d'affichages classiques (écran à cristaux liquides ou à tube cathodique) qui utilisent de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) pour permettre la lecture des pixels à l'écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent les informations saisies ou demandées par l'utilisateur et générées ou...) (lampe de rétro-éclairage pour les écrans à cristaux liquides (Un cristal liquide est un état de la matière qui combine des propriétés d'un liquide conventionnel et celles d'un solide cristallisé. On exprime son état par le terme de mésophase.), émission d'électrons pour les écrans à tube cathodique), le papier électronique (Le papier électronique, appelé aussi E-paper, est une technique d'affichage cherchant à imiter l'apparence d'une feuille imprimée. Contrairement aux techniques d'affichages classiques (écran...) utilise la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée...) ambiante de la même manière que le papier (Le papier (du latin papyrus) est une matière fabriquée à partir de fibres cellulosiques végétales et animales. Il se présente sous forme de feuilles minces...) classique. Un papier électronique doit pouvoir afficher du texte et des images indéfiniment, sans consommer d'énergie, que ce soit pour l'affichage (L' affichage désigne l'application d'une surface de papier script dans un lieu public(et non du foyer)sur un support destiné à son émission, externe ou interne, ce qui en fait un média à part entière sans...) ou pour un éventuel système de traitement de données (En informatique, le terme traitement de données renvoie à une série de processus qui permettent d'extraire de l'information ou de produire du savoir à partir de...), et doit permettre le changement de ce qu'il affiche. Les pixels d'un tel système doivent donc posséder plusieurs états distincts stables, de manière à garder intact le contenu affiché en l'absence de source d'énergie.

Le papier électronique a été développé dans le but de surmonter certaines limitations liées aux écrans d'ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques permettant de manipuler des données sous...) classiques. Par exemple, le rétro-éclairage de certains écrans peut être agressif pour l'œil humain, alors que le papier électronique reflète la lumière tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) comme une feuille (La feuille est l'organe spécialisé dans la photosynthèse chez les végétaux supérieurs. Elle est insérée sur les tiges des plantes au niveau des nœuds. À l'aisselle de la...) de papier classique le ferait. Ainsi, il est très facile de lire sur du papier électronique, quelque soit l'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) sous lequel on le regarde. De plus, le papier électronique est léger, durable, et très flexible par rapport aux autres types d'affichages (mais moins flexible que du papier).

Les applications futures envisagées vont des livres électroniques capable de stocker les versions numérisées de nombreux livres, aux posters permettant de changer la décoration d'une pièce.

Il ne faut pas confondre papier électronique avec le papier utilisé dans les cahiers numériques.

Technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :)

Papier électronique monochrome

La plupart des papiers électroniques utilisent la technologie de l'encre électronique :

  • Le composant primaire est une micro capsule qui contient des particules blanches chargées positivement et des particules noires chargées négativement;
  • Lorsque l'on applique un champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à distance...) négatif, les particules blanches se placent sur une extrémité de la capsule et les noires sur l'autre;
  • En plaçant des millions de ces capsules sur une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa...) et en les commandant par des champs électriques, on peut générer une image en 2 couleurs;
  • Par simple adjonction d'une matrice de filtres on obtient une version couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) (4096 couleurs).

Ce système est bistable, une seule impulsion de polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments dipolaires dans les matériaux diélectriques ; En électronique, la polarisation est le fait...) suffit à définir si le pixel (Le pixel, souvent abrégé px, est une unité de surface permettant de mesurer une image numérique. Son nom provient de la locution anglaise picture element, qui signifie...) est "allumé" ou non. De plus, le très fort contraste d'affichage rend l'éclairage direct ou indirect inutile, tout ceci entraine un gain de consommation énergétique appréciable. Enfin, le support peut être semi-souple, ce qui est une évolution par rapport aux procédés d'affichage classiques.

Les principaux avantages de se système sont :

  • La très faible consommation de courant électrique : ce système consomme uniquement lors du changement de page, ensuite la page reste telle quelle sans consommation d'énergie, comme pour un livre, l'éclairage vient de la lumière ambiante.
  • La possibilité d'avoir des écrans souples, comme l'est le papier.

Historiquement, le premier papier électronique a été développé à partir des années 70 par Nick Sheridon au Palo Alto Research Center de Xerox (Xerox est une entreprise américaine, basée à Stamford (Connecticut).). Le tout premier papier électronique, appelé Gyricon(lien), était constitué de sphères de polyéthylène d'un diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère.) compris entre 20 et 100 micromètres. Chaque sphère (En mathématiques, et plus précisément en géométrie euclidienne, une sphère est une surface constituée de tous les points...) était divisée en deux parties : une demi-sphère noire chargée négativement, et une demi-sphère blanche chargée positivement, le tout formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et inversement....) un dipôle électrostatique (Un dipôle électrostatique se définit par un couple de 2 points P et N de charge respective +q et -q distants de a.)[1] pouvant être commandé grâce à deux électrodes. Les sphères sont maintenues prisonnières dans une bulle d'huile (L'huile est un terme générique désignant des matières grasses qui sont à l'état liquide à température ambiante et qui ne se mélangent pas à l'eau, mais, est...) permettant leur rotation libre, le tout pris dans une feuille de silicone (Les silicones, ou polysiloxanes, sont des composés inorganiques formés d'une chaine silicium-oxygène (...-Si-O-Si-O-Si-O-...) sur laquelle des groupes se fixent, sur les...) transparent. La polarité de la tension (La tension est une force d'extension.) appliquée aux électrodes de chaque dipôle (D'une manière générale, le mot dipôle désigne une entité qui possède deux pôles. On le retrouve dans plusieurs domaines :) détermine laquelle des deux faces pointe vers le haut. On peut ainsi contrôler informatiquement les sphères indépendamment les unes des autres.[2]

Dans les années 90, un autre type de papier électronique a été inventé par Joseph Jacobson, cofondateur de la société E Ink. Ce nouveau papier utilisait de fins compartiments transparents (microcapsules de 40 micromètres de diamètre) remplis de particules blanches chargées électriquement, plongées dans de la paraffine liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) colorée[3]. Des circuits électroniques permettaient de contrôler la position des particules blanches au sommet de la capsule (pixel blanc) ou au fond de la capsule (pixel de la couleur de l'huile). Cette technologie rappelle fortement les affichages à base d'électrophorèse, mais l'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) de microcapsules au lieu de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium...) a permit de réaliser de tels afficheurs sur des feuilles de plastique flexibles.

On peut citer par exemple l'usage de particules de dioxyde de titane (Le dioxyde de titane est une substance composée d'oxygène et de titane.) (blanc) chargées négativement plongées dans du colorant (Un colorant est une substance utilisée pour apporter une couleur à un objet à teinter.) noir[2]. Les microcapsules étaient maintenues dans une couche de polymère liquide transparent pris en sandwich entre deux quadrillages d'électrodes d'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne...) d'indium-étain, un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de...) conducteur transparent. Chaque pixel se trouve à l'intersection de deux lignes d'électrodes (une pour chaque couche). La feuille était protégée par une feuille de plastique transparent, portant l'épaisseur totale de la feuille à 80 micromètres (deux fois plus que du papier classique).

Le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on...) d'électrodes est connecté à un circuit électronique (Un circuit électronique est un ensemble de composants électroniques interconnectés sur un circuit imprimé dans le but de remplir une fonction. C'est pour cela qu'un circuit...) gérant l'affichage, qui s'occupe du basculement (Le basculement, dans le domaine de l'astronautique, est l'inclinaison progressive d'un véhicule spatial autour d'un axe quelconque. Le basculement peut être utilisé pour modifier la direction du vecteur poussée.) des pixels entre les états blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un spectre lumineux continu, d'où l'image que...) et noir. Dans une version plus récente de cette technologie, l'utilisation d'une seule couche d'électrode s'avéra suffisante pour contrôler les pixels[4].

D'autres recherches sur le papier électronique ont porté sur l'utilisation de transistors à effet de champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) organiques (OFET) enchâssés dans un substrat flexible[5][6], allant même jusqu'à des essais visant à installer des transistors organiques directement sur du papier classique[7].

Papier électronique polychrome

Le principe du papier électronique couleur[8] consiste en la superposition (En mécanique quantique, le principe de superposition stipule qu'un même état quantique peut possèder plusieurs valeurs pour une certaine quantité observable (spin, position, quantité de...) d'un filtre (Un filtre est un système servant à séparer des éléments dans un flux.) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) coloré sur le papier électronique monochrome décrit précédemment. Le quadrillage de pixels devient un quadrillage de groupes de pixels RVB, de la même manière que pour un moniteur à tube cathodique (Le tube cathodique (CRT ou Cathode Ray Tube en anglais), fut inventé par Karl Ferdinand Braun. Le dispositif est constitué d'un filament chauffé, de cathodes et d'anodes en forme de...).

Applications

Il existe plusieurs approches au papier électronique, et plusieurs compagnies développant différentes technologies indépendamment. Le papier électronique a ainsi connu des applications aussi diverses que :

  • remplaçant d'un écran à cristaux liquides (L'écran à cristaux liquides (affichage à cristaux liquides ACL ou LCD, liquid crystal display, en anglais) est le principal composant des moniteurs plats pour l'informatique et la télévision et assure la fonction...) (lecteurs portables, téléphones, ...),
  • remplaçant d'un écran à affichage électro-chimique,
  • écran magique,
  • etc.

Les différentes formes de papier électronique sont produites par de nombreuses sociétés telles que Gyricon (spin-off de Xerox), Philips, E Ink, ...

Applications commerciales

E Ink a travaillé avec des entreprises telles que Philips ou Sony afin de développer des applications commerciales. En octobre 2005 parut un communiqué annonçant la mise sur le marché de kits de développement de papier électronique de 6 pouces de diagonale (On appelle diagonale d'un polygone tout segment reliant deux sommets non consécutifs (non reliés par un côté). Un polygone à n...), d'une résolution de 800 par 600.

En juillet 2005, Fujitsu présenta son propre papier électronique au forum International de Tokyo, mettant en avant une consommation électrique très faible (consommation d'énergie uniquement lors du changement d'image à l'écran), rendant ainsi son produit idéal (En mathématiques, un idéal est une structure algébrique définie dans un anneau. Les idéaux généralisent de façon...) pour les publicités ou les bulletins d'information dans les endroits publics ou le papier est encore utilisé.

Lecteurs de livres électroniques

  • Le lecteur Sony Librié est sorti en 2004 au Japon. Ce fut le premier appareil électronique vendu dans le commerce à utiliser une technologie d'affichage par papier électronique. L'écran était un écran 6 pouces SVGA à matrice active (La matrice active est une technologie d'écran que l'on rencontre aussi bien sur les portable que sur les écrans plats de bureau. Elle a succédé à la matrice passive. Elle donne des...) utilisant la technologie d'E Ink basée sur l'électrophorèse.
  • Le Sony Reader, successeur du Librié et disponible aux États-Unis, fut annoncé le 6 janvier 2006, et sortit en septembre 2006. Ce lecteur utilisait une version mise à jour (Une mise à jour, souvent abrégé en MAJ ou MàJ, est l'action qui consiste à mettre « à jour », ou bien « à niveau », un outil informatique, un service ou une...) de l'afficheur de Librié original.
  • iLiad (L'iLiad est un lecteur de livres électroniques (e-reader) conçu par la société iRex Technologies. Cet appareil utilise la technologie du papier électronique, à l'instar du...), d'iRex Technologies, sorti en avril 2006[9]. Lecteur portable, capable de lire des médias (On nomme média un moyen impersonnel de diffusion d'informations (comme la presse, la radio, la télévision), utilisé pour communiquer. Les médias permettent de...) dans plusieurs formats informatiques, il était équipé d'un écran 8 pouces XGA utilisant une technologie d'E Ink.
  • Le STAReBOOK du taïwanais eRead sortit en décembre 2006. Qualifié du titre de lecteur le plus fin et le plus léger du marché, il utilisait le même écran 6 pouces que le Sony Reader.
  • L'eFlybook est un lecteur destiné au monde (Le mot monde peut désigner :) de l'aviation (L'aviation est une activité aérienne définie par l'ensemble des acteurs, technologies et règlements qui permettent d'utiliser un aéronef dans un but particulier. Ces diverses...). Préchargé de cartes et de manuels de procédures, il est basé sur l'iLiad d'iRex Technologies.
  • Le Hanlin eReader V8 de Jinke fut lancé en 2006. Il utilisait lui aussi l'écran 6 pouces du Sony Reader.

Journaux

  • En février 2006, le journal flamand De Tijd annonça qu'il mettait en place la distribution d'une version du journal sur papier électronique, pour une étude marketing (Le marketing (on utilise aussi parfois — dans 7% des cas, d'après les chiffres donnés par Google — le néologisme français mercatique) est une discipline qui cherche à déterminer les...) auprès de quelques abonnés. Ce fut la première application du papier électronique dans le domaine de l'édition de journaux. L'essai fut mené grâce à des versions modifiées de l'iLiad d'iRex Technologies.

Affichages embarqués sur des cartes à puce

  • La première carte à puce (Une carte à puce est une carte en matière plastique, voire en papier ou en carton, de quelques centimètres de côté et moins d'un millimètre...) équipée d'un affichage par papier électronique et certifiée par l'ISO fut développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la...) par Smartdisplayer, grâce au papier électronique de SiPix. Elle permet au porteur de la carte de générer un mot de passe temporaire pour réduire les risques de fraude à la carte bancaire. L'avantage principal de cette méthode réside dans le faible encombrement nécessaire à sa mis en oeuvre.
Écrans de téléphone (Le téléphone est un système de communication, initialement conçu pour transmettre la voix humaine.) portable
  • Le Motofone de Motorola (www.motorola.com/fr) utilise aussi pour écran un papier électronique monochrome d'E Ink. [10]
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