e-Ink: tot el que has de saber sobre les pantalles dels e-readers

Les pantalles tenen un paper crucial en la nostra interacció diària amb la tecnologia, i aquestes poden fer malbé la vista, o generar fatiga ocular, entre altres problemes. Perquè no passi això mentre gaudeixes d'una lectura del teu eBook favorit, hauries de triar pantalles amb aquesta tecnologia de la que et comentem avui. Entre les diverses tecnologies de visualització disponibles, les pantalles d'e-Ink, o tinta electrònica, han guanyat popularitat a causa del seu singular conjunt de característiques, millorant l'experiència del lector i fent que sigui tan semblant com sigui possible a llegir sobre paper.

Però… realment coneixes què són?

Què és e-Ink o ePaper?

Podeu rebre diversos noms, com el paper electrònic o ePaper, o també conegut com a tinta electrònica o e-Ink. Independentment de com ho truquis, es tracta d'un tipus de panell de pantalla per a visualització que imita l'aparença de la tinta ordinària sobre el paper. A diferència de les pantalles planes convencionals que emeten llum, una pantalla de paper electrònic reflecteix la llum ambiental, igual que el paper. Això les pot fer més còmodes per llegir i proporcionar un angle de visió més ampli que la majoria de les pantalles que emeten llum. La relació de contrast a les pantalles electròniques disponibles s'acosta a la d'un diari, i les pantalles acabades de desenvolupar són lleugerament millors. Una pantalla de paper electrònic ideal es pot llegir a la llum directa del sol sense que la imatge sembli esvair-se, com li passa a molts altres dispositius com tablets, smartphones, ordinadors, etc.

Moltes tecnologies de paper electrònic mantenen text i imatges estàtiques indefinidament sense electricitat. Això també les fa ideals per a dispositius mòbils que depenen d'una bateria, per la qual cosa podeu allargar l'autonomia durant dies o setmanes, depenent del consum total del maquinari del dispositiu.

Com funciona l'e-Ink o ePaper

No es pot generalitzar quant a la manera de funcionar de les pantalles de tinta electrònica, o e-Ink, ja que hi ha moltes tecnologies i cadascuna funciona de forma diferent, com després veurem a l'apartat dels tipus. Però, per exemple, mitjançant electroforesi quan s'aplica un camp elèctric a la microcàpsula, les partícules carregades es mouen cap a l'elèctrode de càrrega oposada. Per exemple, si l'elèctrode inferior és positiu, les partícules negres es mouran cap avall i les partícules blanques es mouran cap amunt.

• Microcàpsules: estan compostes de milions de microcàpsules, cadascuna de les quals és aproximadament de la mateixa amplada que un cabell humà. Cada microcàpsula conté partícules carregades suspeses en un fluid clar. Aquestes càpsules estan repartides al llarg de tot el tauler o pantalla. Dins de cada microcàpsula hi ha partícules blanques que porten una càrrega positiva i partícules negres que porten una càrrega negativa. El funcionament simple, es polaritzen segons la càrrega elèctrica per mostrar text i imatge, en blanc i negre. D'aquesta manera es pot veure un punt o píxel blanc o negre…

Una de les característiques clau de les pantalles d'e-Ink és la seva bistabilitat. Això vol dir que una vegada que s'ha format una imatge, no es necessita energia per mantenir-la. La imatge romandrà a la pantalla fins i tot quan es retiri la font d'alimentació. D?aquí ve el seu baix consum davant les pantalles convencionals.

Actualment la tecnologia ha avançat, per la qual cosa ja existeixen també pantalles de color, més avançades, i que poden mostrar multitud de colors, per mostrar imatges dels llibres, còmics, etc.

Una mica d'història

Encara que pugui semblar una cosa força recent, la veritat és que la història d'aquestes pantalles es remunta a fa unes dècades, concretament a la dècada de 1970, quan Nick Sheridon, de Xerox Palo Alto Research Center, va desenvolupar el primer paper electrònic anomenat Gyricon. Aquest innovador material consistia en esferes de polietilè que podien rotar lliurement, mostrant un costat blanc o negre depenent de la polaritat del voltatge aplicat, creant així una aparença de píxel blanc o negre controlat per electricitat.

Tot i aquest avenç, la idea d'una pantalla de baix consum que imités el paper no es va materialitzar fins a dècades després. Va ser el físic Joseph Jacobson, mentre era estudiant de postdoctorat a la Universitat de Stanford, qui va imaginar un llibre de múltiples pàgines el contingut de les quals pogués canviar-se només prement un botó i que requerís poca energia per funcionar.

Jacobson va ser reclutat per Neil Gershenfeld per al MIT Media Lab el 1995. Allà, Jacobson va reclutar dos estudiants de pregrau del MIT, Barrett Comiskey i JD Albert, per crear la tecnologia de visualització necessària per fer realitat la seva visió.

L'enfocament inicial era crear petites esferes que fossin meitat blanques i meitat negres, com Gyricon de Xerox. Tot i això, aquest enfocament va resultar ser un desafiament considerable. Durant els seus experiments, Albert va crear accidentalment algunes esferes completament blanques. Comiskey va experimentar amb la càrrega i encapsulació d'aquestes partícules blanques en microcàpsules barrejades amb un tint fosc. El resultat va ser un sistema de microcàpsules que podien aplicar-se a una superfície i carregar-se de manera independent per crear imatges en blanc i negre.

En 1996, el MIT va presentar la primera patent per a la pantalla electroforètica microencapsulada. L'avantatge de la pantalla electroforètica microencapsulada i el seu potencial per satisfer els requisits pràctics del paper electrònic es van veure com una gran revolució, amb vista a fer-la servir en dipositius de lectura, entre d'altres. Tot i això, la tecnologia encara era primitiva en aquest moment, i no existien pantalles a color d'aquest tipus.

El 1997, Albert, Comiskey i Jacobson, juntament amb Russ Wilcox i Jerome Rubin, van fundar l'E-Ink Corporation, dos mesos abans de la graduació d'Albert i Comiskey. Des de llavors, la tecnologia d'e-Ink ha continuat evolucionant, trobant aplicacions en una varietat de dispositius i transformant la nostra interacció amb la tecnologia digital…

aquesta empresa taiwanesa que fabrica i distribueix pantalles electroforètiques, es va beneficiar de diversos moviments per fer-se dominant al sector. Per exemple, el 2005, Philips va vendre el negoci del paper electrònic a Prime View International (PVI), un fabricant amb seu a Hsinchu, Taiwan. El 2008, I Ink Corp. va anunciar un acord inicial per ser comprada per PVI per $215 milions, una quantitat que finalment va aconseguir els $450 milions després de les negociacions. E-Ink va ser adquirida oficialment el 24 de desembre de 2009. La compra per part de PVI va ampliar l'escala de producció per a la pantalla de paper electrònic E-Ink. PVI es va reanomenar a si mateixa com E Ink Holdings Inc. després de la compra. El desembre del 2012, va adquirir SiPix, una empresa rival de pantalles electroforètiques, per reforçar el seu lideratge avui dia.

Aplicacions de les pantalles e-Ink

Amb l'avenç i la maduració d'aquesta tecnologia, moltes companyies han començat a desenvolupar o adquirir pantalles d'aquest tipus als seus proveïdors per fer-les servir en multitud d'aplicacions, encara que el més conegut són els ereaders, la veritat és que hi ha hagut intents i aplicacions en altres sectors:

• Pantalles flexibles: atès que aquesta tecnologia s'adapta bé a panells rígids i també als que es poden doblegar. Per exemple, es pot utilitzar per a alguns dispositius mòbils flexibles o per wereables, com és el cas del mòbil low-cost Motorola F3, Samsung Àlies 2, YotaPhone, Hisense A5c, que usen una pantalla e-Ink en comptes de LCD, o el Spectrum SVRD001 de Seiko, Sharp Pebble, etc.
• Lectors electrònics: com ja hem comentat, com els que tenim en aquesta pàgina, de diverses marques, Sony, Kindle, Kobo, Onyx, etc. A més, ja n'hi ha tant amb pantalles convencionals, com amb pantalles tàctils, així com pantalles a color o sensibles als llapis electrònics.
• Portàtils i monitors per a PC: encara que no és freqüent, hi ha hagut alguns models especials, com el Lenovo ThinkBook Plus, amb pantalla d'e-Paper. També veiem molts tablets Android que usen aquest tipus de pantalles, per fer dispositius 2 en 1 o híbrids entre un eReader i un tablet.
• Diaris electrònics: Flemish daily De Tijd va distribuir també una versió electrònica del seu diari de paper en una versió limitada, usant una versió preliminar de l'iRex iLiad. Després en vindrien alguns altres exemples.
• Smart Cards i perifèrics: algunes targetes intel·ligents també poden utilitzar aquest tipus de pantalles de tinta electrònica per a un baix consum, com les manufacturades per Nagra ID i els desenvolupaments de Innovative Card Technologies i nCryptone. També es van utilitzar per a alguns altres perifèrics, com ara els pendrives USB amb pantalla.
• Panells públics: també es poden emprar per reduir el consum dels panells electrònics o pantalles que mostren informació a aeroports, estacions de tren, panells de carreteres, senyals, etc.
• Altres: també tenim altres possibles usos, com etiquetes electròniques amb pantalla d'e-Ink, roba intel·ligent, teclats com els de Dvorak, jocs, etc.

Tecnologies de pantalles de paper electrònic

Pel que fa a les tecnologies existents, podem diferenciar entre diverses, tant a nivell fonamental com també a versions de les e-Ink Corporation:

Tipus de panells

Entre els tipus de tecnologies que s'han desenvolupat al llarg del temps per implementar pantalles e-Ink, hem de destacar:

• Gyricon: el paper electrònic va ser desenvolupat per primera vegada en la dècada de 1970 per Nick Sheridon al Centre de Recerca de Palo Alto de Xerox. El primer paper electrònic, anomenat Gyricon, consistia en esferes de polietilè d'entre 75 i 106 micròmetres. Cada esfera és una partícula Janus composta per plàstic negre carregat negativament a un costat i plàstic blanc carregat positivament a l'altre. Les esferes estan incrustades en un full de silicona transparent, amb cada esfera suspesa en una bombolla dʻoli perquè pugui girar lliurement. La polaritat del voltatge aplicat a cada parell d'elèctrodes determina si el costat blanc o negre està cap amunt, donant així al píxel una aparença blanca o negra. El 2007, l'empresa estonia Visitret Displays estava desenvolupant aquest tipus de pantalla utilitzant fluorur de polivinilidè (PVDF) com a material per a les esferes, millorant dràsticament la velocitat del vídeo i disminuint el voltatge de control necessari.
• EPD (Electrospheric Display): una pantalla electroforètica forma imatges reorganitzant partícules de pigment carregades amb un camp elèctric aplicat. A la implementació més simple d'un EPD, partícules de diòxid de titani d'aproximadament un micròmetre de diàmetre es dispersen en un oli d'hidrocarbur. També s'hi afegeix un tint de color fosc a l'oli, juntament amb surfactants i agents de càrrega que fan que les partícules adquireixin una càrrega elèctrica. Aquesta barreja es col·loca entre dues plaques conductores paral·leles separades per un espai de 10 a 100 micròmetres. Quan s'aplica un voltatge a través de les dues plaques, les partícules migren electroforèticament a la placa que duu la càrrega oposada a la de les partícules. Quan les partícules estan ubicades al costat frontal (de visualització) de la pantalla, apareix blanc perquè la llum es dispersa de tornada a l'espectador per les partícules de titani d'alt índex. Quan les partícules estan ubicades al costat del darrere de la pantalla, apareix fosc, perquè la llum és absorbida pel tint de color. Si l'elèctrode del darrere es divideix en una sèrie de petits elements d'imatge (píxels), aleshores es pot formar una imatge aplicant el voltatge apropiat a cada regió de la pantalla per crear un patró de regions reflectores i absorbents. Els EPD se solen adreçar utilitzant la tecnologia de transistors de pel·lícula prima (TFT) basada en MOSFET.
• Electroforètic microencapsulat: a la dècada de 1990, un equip d'estudiants de pregrau del MIT va concebre i prototipar un nou tipus de tinta electrònica basada en una pantalla electroforètica microencapsulada, origen d'E-Ink Corp i la usada per l'europea Philips. Aquesta tecnologia utilitza microcàpsules plenes de partícules blanques carregades elèctricament suspeses en un oli acolorit. La circuiteria subjacent controla si les partícules blanques són a la part superior de la càpsula (de manera que es veu blanc per a l'espectador) oa la part inferior de la càpsula (de manera que l'espectador veu el color de l'oli). Aquesta tecnologia va permetre que la pantalla es fes en làmines de plàstic flexibles en comptes de vidre. Una implementació més recent d'aquest concepte requereix només una capa d'elèctrodes sota les microcàpsules.
• Electrowetting Display (EWD): és una tecnologia que controla la forma d'una interfície aigua/oli confinada mitjançant un voltatge aplicat. Sense voltatge, l'oli (colorejat) forma una pel·lícula plana entre l'aigua i un recobriment aïllant hidrofòbic d'un elèctrode, resultant en un píxel pintat. En aplicar un voltatge entre l'elèctrode i l'aigua, la tensió interfacial entre l'aigua i el recobriment canvia, cosa que fa que l'aigua desplaci a l'oli, creant un píxel parcialment transparent o blanc si hi ha una superfície blanca reflectora sota l'element commutable. Els displays basats en electrowetting ofereixen diverses característiques atractives. El canvi entre la reflexió blanca i acolorida és prou ràpid per mostrar contingut de vídeo. És una tecnologia de baix consum i baix voltatge, i els displays basats en lefecte poden ser plans i prims. La reflectivitat i el contrast són millors o iguals a altres tipus de display reflectants i s'acosten a les qualitats visuals del paper. A més, la tecnologia ofereix un camí únic cap a displays a tot color d'alta brillantor, cosa que porta a displays que són quatre vegades més brillants que els LCD reflectors i dues vegades més brillants que altres tecnologies emergents. En lloc de fer servir filtres vermell, verd i blau (RGB) o segments alterns dels tres colors primaris, que efectivament resulten que només un terç del display reflecteix la llum en el color desitjat, l'electrowetting permet un sistema en què un sub -píxel pot canviar dos colors diferents de manera independent. Això resulta en la disponibilitat de dos terços de làrea del display per reflectir la llum en qualsevol color desitjat. Això s'aconsegueix construint un píxel amb una pila de dues pel·lícules d'oli acolorides controlables de manera independent més un filtre de color. Els colors són cian, magenta i groc (RGB), que és un sistema substractiu, comparable al principi utilitzat en la impressió d'injecció de tinta. En comparació amb el LCD, es guanya brillantor perquè no es requereixen polaritzadors.
• Electrofluídica: és una variant del display de l'EWD que col·loca una dispersió de pigment aquós dins un petit dipòsit. Aquest dipòsit comprèn menys del 5-10% de làrea de píxel visible i, per tant, el pigment està substancialment ocult a la vista. S'utilitza voltatge per extreure electromecànicament el pigment del dipòsit i estendre'l com una pel·lícula directament darrere del substrat de visualització. Com a resultat, el display adquireix un color i brillantor similars als dels pigments convencionals impresos en paper. Quan es retira el voltatge, la tensió superficial del líquid fa que la dispersió del pigment es retregui ràpidament cap al dipòsit. La tecnologia pot proporcionar potencialment més del 85% de reflectància en estat blanc per al paper electrònic. La tecnologia central va ser inventada al Laboratori de Dispositius Novedosos de la Universitat de Cincinnati i hi ha prototips funcionals desenvolupats en col·laboració amb Sun Chemical, Polymer Vision i Gamma Dynamics. Té un ampli marge en aspectes crítics com la brillantor, la saturació de color i el temps de resposta. Com que la capa òpticament activa pot tenir menys de 15 micròmetres de gruix, hi ha un fort potencial per a displays enrotllables.
• Interferometric modulator (Mirasol): el modulador interferomètric és una tecnologia utilitzada en displays visuals electrònics que pot crear diversos colors a través de la interferència de la llum reflectida. El color se selecciona amb un modulador de llum commutat elèctricament que comprèn una cavitat microscòpica que s'encén i s'apaga utilitzant circuits integrats de control similars als utilitzats per dirigir un LCD.
• Pantalla electrònic-plasmònic: és una tecnologia que utilitza nanoestructures plasmòniques amb polímers conductors. Aquesta tecnologia presenta colors de gran rang, alta reflexió independent de la polarització (>50%), fort contrast (>30%), temps de resposta ràpid (cents de ms) i estabilitat a llarg termini. A més, té un consum d'energia ultrabaix (<0.5 mW/cm2) i potencial per a alta resolució (>10000 dpi). Atès que les metasuperfícies ultraprimes són flexibles i el polímer és suau, tot el sistema es pot doblegar. Les millores futures desitjades per a aquesta tecnologia inclouen bistabilitat, materials més barats i implementació amb matrius TFT. I, per això, està composta per dos elements o parts clau:
  • La primera és una metasuperfície altament reflectora feta per pel·lícules de metall-aïllant-metall de desenes de nanòmetres de gruix que inclouen orificis a escala nanomètrica. Aquestes metasuperfícies poden reflectir diferents colors depenent de l'espessor de l'aïllant. L'esquema de color RGB estàndard es pot utilitzar com a píxels per a displays a tot color.
  • La segona part és un polímer amb absorció òptica controlable per un potencial electroquímic. Després de fer créixer el polímer a les metasuperfícies plasmòniques, la reflexió de les metasuperfícies pot ser modulada pel voltatge aplicat.
• LCD reflectiu: és una tecnologia similar a la LCD convencional, però el panell de retroil·luminació se substitueix per una superfície reflectiva.

Hi ha altres tecnologies desenvolupades o en desenvolupament, encara que les anteriors són les més ipmortants. Per exemple, els investigadors estan fent grans esforços per aconseguir fer servir transistors orgànics embeguts en substrats flexibles, simplificar les pantalles de color mitjançant òptica, etc.

Versions d'e-Ink

Sempre aconsello optar pels lectors electrònics amb pantalla e-Ink en lloc de les pantalles LCD. La raó és que la tinta electrònica no només és menys cansada pels teus ulls, sinó que també t'ofereix una experiència de lectura semblant a la d'un paper real, a més de consumir molta menys energia que les pantalles tradicionals. En seleccionar la pantalla d'e-Ink o e-paper, has de saber que existeixen diverses versions de les tecnologies disponibles avui en dia patentades per e-Ink Holdings, com:

• Vizplex: aquesta va ser la primera generació de pantalles de tinta electrònica, utilitzada per algunes marques molt populars el 2007.
• Perla: aquesta millora es va introduir tres anys després i va ser utilitzada per Amazon per al seu Kindle, així com en altres models com els de Kobo, Onyx i Pocketbook.
• Mobius: és similar a les anteriors, però inclou una capa de plàstic transparent i flexible sobre la pantalla per resistir millor els cops. Onyx, una empresa xinesa, va ser una de les que va utilitzar aquesta pantalla.
• Triton: es va introduir per primera vegada el 2010, encara que es va llançar una segona versió millorada el 2013. Aquesta tecnologia incloïa per primera vegada color a les pantalles de tinta electrònica, amb 16 tons de gris i 4096 colors. Pocketbook va ser un dels primers a fer-la servir.
• Carta i Carta HD: es van llançar el 2013, i hi ha dues versions diferents. L'e-Ink Carta té una resolució de 768×1024 px, 6″ de mida i una densitat de píxels de 212 ppi. Pel que fa a la versió e-Ink Carta HD, augmenta a 1080×1440 px de resolució i 300 ppi, mantenint les 6 polzades. Aquest format és molt popular, utilitzat pels millors models de lectors electrònics actuals.
• Kaleido: aquesta tecnologia va arribar el 2019, amb una versió Plus el 2021 i una versió Kaleido 3 el 2022. Són millores de la pantalla a color, basant-se en els panells en escala de grisos afegint una capa amb un filtre de color. La versió Plus millorava la textura i el color per a una imatge més clara, i la Kaleido 3 ofereix colors molt més vius, amb una saturació de color un 30% més gran que la generació anterior, 16 nivells d'escala de grisos i 4096 colors.
• Galeria 3: és el model més recent, i acaba d'arribar el 2023, es basa en ACeP (Advanced Color ePaper) per aconseguir colors més complets i amb una sola capa de fluid electroforètic controlada per voltatges compatibles amb els backplanes TFT comercials. És una tecnologia d'e-Ink a color que millora el temps de resposta, és a dir, el temps que triga a canviar d'un color a l'altre. Per exemple, de blanc a negre en només 350 ms, i entre colors, depenent de la qualitat, pot anar des dels 500 ms als 1500 ms. A més, vénen amb llum frontal ComfortGaze que redueix la quantitat de llum blava reflectida a la superfície de la pantalla perquè puguis agafar millor el son i no et causi tant desgast ocular.

Futur

Plastic Logic Germany és una empresa (desenvolupadora + fàbrica) que es va originar com un projecte derivat (spin-off) del Laboratori Cavendish a la Universitat de Cambridge. Va ser fundada l'any 2000 per Richard Friend, Henning Sirringhaus i Stuart Evans. La companyia s'especialitza en el desenvolupament i fabricació de pantalles electrofòretiques (EPD), basades en la tecnologia de transistors de pel·lícula prima orgànica (OTFT), a Dresden, Alemanya. Gràcies a elles es podia representar informació com en una pantalla convencional però en un panell flexible. Fent grans contribucions al camp de les pantalles flexibles actuals, i que sembla que seran el futur com estem veient en molts casos. Combinant aquesta tecnologia amb l'ePaper o e-Ink s'arribarà a elements molt similars en pes i flexibilitat als fulls de paper, amb totes les aplicacions i els avantatges…