e-Ink: todo lo que debes saber sobre las pantallas de los e-readers

Las pantallas juegan un papel crucial en nuestra interacción diaria con la tecnología, y éstas pueden dañar la vista, o generar fatiga ocular, entre otros problemas. Para que no ocurra esto mientras disfrutas de una lectura de tu eBook favorito, deberías elegir pantallas con esta tecnología de la que te comentamos hoy. Entre las diversas tecnologías de visualización disponibles, las pantallas de e-Ink, o tinta electrónica, han ganado popularidad debido a su singular conjunto de características, mejorando la experiencia del lector y haciendo que sea lo más parecida posible a leer sobre papel.

Pero… ¿realmente conoces qué son?

¿Qué es e-Ink o ePaper?

Puede recibir varios nombres, como el papel electrónico o ePaper, o también conocido como tinta electrónica o e-Ink. Independientemente de cómo lo llames, se trata de un tipo de panel de pantalla para visualización que imita la apariencia de la tinta ordinaria sobre el papel. A diferencia de las pantallas planas convencionales que emiten luz, una pantalla de papel electrónico refleja la luz ambiental, al igual que el papel. Esto puede hacerlas más cómodas para leer y proporcionar un ángulo de visión más amplio que la mayoría de las pantallas que emiten luz. La relación de contraste en las pantallas electrónicas disponibles se acerca a la de un periódico, y las pantallas recién desarrolladas son ligeramente mejores. Una pantalla de papel electrónico ideal se puede leer a la luz directa del sol sin que la imagen parezca desvanecerse, como le ocurre a otros muchos dispositivos como tablets, smartphones, ordenadores, etc.

Muchas tecnologías de papel electrónico mantienen texto e imágenes estáticas indefinidamente sin electricidad. Esto también las hace ideales para dispositivos móviles que dependen de una batería, por lo que puede alargar la autonomía durante días o semanas, dependiendo del consumo total del hardware del dispositivo.

Cómo funciona el e-Ink o ePaper

No se puede generalizar en cuanto a la forma de funcionar de las pantallas de tinta electrónica, o e-Ink, puesto que existen muchas tecnologías y cada una funciona de forma diferente, como luego veremos en el apartado de los tipos. Pero, por ejemplo, mediante electroforesis cuando se aplica un campo eléctrico a la microcápsula, las partículas cargadas se mueven hacia el electrodo de carga opuesta. Por ejemplo, si el electrodo inferior es positivo, las partículas negras se moverán hacia abajo y las partículas blancas se moverán hacia arriba.

• Microcápsulas: están compuestas de millones de microcápsulas, cada una de las cuales es aproximadamente del mismo ancho que un cabello humano. Cada microcápsula contiene partículas cargadas suspendidas en un fluido claro. Estas cápsulas están repartidas a lo largo de todo el panel o pantalla. Dentro de cada microcápsula hay partículas blancas que llevan una carga positiva y partículas negras que llevan una carga negativa. El funcionamiento simple, se polarizan según la carga eléctrica para mostrar texto e imagen, en blanco y negro. De esta forma se puede ver un punto o píxel blanco o negro…

Una de las características clave de las pantallas de e-Ink es su bistabilidad. Esto significa que una vez que se ha formado una imagen, no se necesita energía para mantenerla. La imagen permanecerá en la pantalla incluso cuando se retire la fuente de alimentación. De ahí su bajo consumo frente a las pantallas convencionales.

Actualmente la tecnología ha avanzado, por lo que ya existen también pantallas de color, más avanzadas, y que pueden mostrar multitud de colores, para mostrar imágenes de los libros, cómics, etc.

Un poco de historia

Aunque pueda parecer algo bastante reciente, lo cierto es que la historia de estas pantallas se remonta a hace unas décadas, concretamente a la década de 1970, cuando Nick Sheridon, de Xerox Palo Alto Research Center, desarrolló el primer papel electrónico llamado Gyricon. Este innovador material consistía en esferas de polietileno que podían rotar libremente, mostrando un lado blanco o negro dependiendo de la polaridad del voltaje aplicado, creando así una apariencia de pixel blanco o negro controlado por electricidad.

A pesar de este avance, la idea de una pantalla de bajo consumo que imitara el papel no se materializó hasta décadas después. Fue el físico Joseph Jacobson, mientras era estudiante de posdoctorado en la Universidad de Stanford, quien imaginó un libro de múltiples páginas cuyo contenido pudiera cambiarse con solo pulsar un botón y que requiriera poca energía para funcionar.

Jacobson fue reclutado por Neil Gershenfeld para el MIT Media Lab en 1995. Allí, Jacobson reclutó a dos estudiantes de pregrado del MIT, Barrett Comiskey y J.D. Albert, para crear la tecnología de visualización necesaria para hacer realidad su visión.

El enfoque inicial era crear pequeñas esferas que fueran mitad blancas y mitad negras, como Gyricon de Xerox. Sin embargo, este enfoque resultó ser un desafío considerable. Durante sus experimentos, Albert creó accidentalmente algunas esferas completamente blancas. Comiskey experimentó con la carga y encapsulación de estas partículas blancas en microcápsulas mezcladas con un tinte oscuro. El resultado fue un sistema de microcápsulas que podían aplicarse a una superficie y cargarse de forma independiente para crear imágenes en blanco y negro.

En 1996, el MIT presentó la primera patente para la pantalla electroforética microencapsulada. La ventaja de la pantalla electroforética microencapsulada y su potencial para satisfacer los requisitos prácticos del papel electrónico se vieron como una gran revolución, con vistas a usarla en despositivos de lectura, entre otros. No obstante, la tecnología aún era primitiva en este momento, y no existían pantallas a color de este tipo.

En 1997, Albert, Comiskey y Jacobson, junto con Russ Wilcox y Jerome Rubin, fundaron la E-Ink Corporation, dos meses antes de la graduación de Albert y Comiskey. Desde entonces, la tecnología de e-Ink ha continuado evolucionando, encontrando aplicaciones en una variedad de dispositivos y transformando nuestra interacción con la tecnología digital…

Esta empresa taiwanesa que fabrica y distribuye pantallas electroforéticas, se benefició de varios movimientos para hacerse dominante en el sector. Por ejemplo, en 2005, Philips vendió el negocio del papel electrónico a Prime View International (PVI), un fabricante con sede en Hsinchu, Taiwán. En 2008, E Ink Corp. anunció un acuerdo inicial para ser comprada por PVI por $215 millones, una cantidad que finalmente alcanzó los $450 millones tras las negociaciones. E-Ink fue adquirida oficialmente el 24 de diciembre de 2009. La compra por parte de PVI amplió la escala de producción para la pantalla de papel electrónico E-Ink. PVI se renombró a sí misma como E Ink Holdings Inc. después de la compra. En diciembre de 2012, adquirió SiPix, una empresa rival de pantallas electroforéticas, para reforzar su liderazgo a día de hoy.

Aplicaciones de las pantallas e-Ink

Con el avance y maduración de esta tecnología, muchas compañías han comenzado a desarrollar o adquirir pantallas de este tipo a sus proveedores para usarlas en multitud de aplicaciones, aunque lo más conocido son los ereaders, lo cierto es que ha habido intentos y aplicaciones en otros sectores:

• Pantallas flexibles: dado que esta tecnología se adapta bien a paneles rígidos y también a los que se pueden doblar. Por ejemplo, se puede usar para algunos dispositivos móviles flexibles o para wereables, como es el caso del móvil low-cost Motorola F3,  Samsung Alias 2, YotaPhone, Hisense A5c, que usan una pantalla e-Ink en vez de LCD, o el Spectrum SVRD001 de Seiko, el Sharp Pebble, etc.
• eReaders: como ya hemos comentado, como los que tenemos en esta página, de diversas marcas, Sony, Kindle, Kobo, Onyx, etc. Además, ya los hay tanto con pantallas convencionales, como con pantallas táctiles, así como pantallas a color o sensibles a los lápices electrónicos.
• Portátiles y monitores para PC: aunque no es frecuente, ha habido algunos modelos especiales, como el Lenovo ThinkBook Plus, con pantalla de e-Paper. También vemos muchos tablets Android que usan este tipo de pantallas, para hacer dispositivos 2 en 1 o híbridos entre un eReader y un tablet.
• Periódicos electrónicos: Flemish daily De Tijd distribuyó también una versión electrónica de su periódico de papel en una versión limitada, usando una versión preliminar del iRex iLiad. Después vendrían algunos otros ejemplos.
• Smart Cards y periféricos: algunas tarjetas inteligentes también pueden usar este tipo de pantallas de tinta electrónica para un bajo consumo, como las manufacturadas por Nagra ID y los desarrollos de Innovative Card Technologies y nCryptone. También se utilizaron para algunos otros periféricos, como pueden ser los pendrives USB con pantalla.
• Paneles públicos: también se pueden emplear para reducir el consumo de los paneles electrónicos o pantallas que muestran información en aeropuertos, estaciones de tren, paneles de carreteras, señales, etc.
• Otros: también tenemos otros posibles usos, como etiquetas electrónicas con pantalla de e-Ink, ropa inteligente, teclados como los de Dvorak, juegos, etc.

Tecnologías de pantallas de papel electrónico

En cuanto a las tecnologías existentes, podemos diferenciar entre varias, tanto a nivel fundamental como también a versiones de las e-Ink Corporation:

Tipos de paneles

Entre los tipos de tecnologías que se han venido desarrollando a lo largo del tiempo para implementar pantallas e-Ink, tenemos que destacar:

• Gyricon: el papel electrónico fue desarrollado por primera vez en la década de 1970 por Nick Sheridon en el Centro de Investigación de Palo Alto de Xerox. El primer papel electrónico, llamado Gyricon, consistía en esferas de polietileno de entre 75 y 106 micrómetros. Cada esfera es una partícula Janus compuesta por plástico negro cargado negativamente en un lado y plástico blanco cargado positivamente en el otro. Las esferas están incrustadas en una hoja de silicona transparente, con cada esfera suspendida en una burbuja de aceite para que pueda girar libremente. La polaridad del voltaje aplicado a cada par de electrodos determina si el lado blanco o negro está hacia arriba, dando así al píxel una apariencia blanca o negra. En 2007, la empresa estonia Visitret Displays estaba desarrollando este tipo de pantalla utilizando fluoruro de polivinilideno (PVDF) como material para las esferas, mejorando drásticamente la velocidad del video y disminuyendo el voltaje de control necesario.
• EPD (Electrospheric Display): una pantalla electroforética forma imágenes reorganizando partículas de pigmento cargadas con un campo eléctrico aplicado. En la implementación más simple de un EPD, partículas de dióxido de titanio de aproximadamente un micrómetro de diámetro se dispersan en un aceite de hidrocarburo. También se añade un tinte de color oscuro al aceite, junto con surfactantes y agentes de carga que hacen que las partículas adquieran una carga eléctrica. Esta mezcla se coloca entre dos placas conductoras paralelas separadas por un espacio de 10 a 100 micrómetros. Cuando se aplica un voltaje a través de las dos placas, las partículas migran electroforéticamente a la placa que lleva la carga opuesta a la de las partículas. Cuando las partículas están ubicadas en el lado frontal (de visualización) de la pantalla, aparece blanco, porque la luz se dispersa de vuelta al espectador por las partículas de titanio de alto índice. Cuando las partículas están ubicadas en el lado trasero de la pantalla, aparece oscuro, porque la luz es absorbida por el tinte de color. Si el electrodo trasero se divide en una serie de pequeños elementos de imagen (píxeles), entonces se puede formar una imagen aplicando el voltaje apropiado a cada región de la pantalla para crear un patrón de regiones reflectantes y absorbentes. Los EPD se suelen direccionar utilizando la tecnología de transistores de película delgada (TFT) basada en MOSFET.
• Electroforético microencapsulado: en la década de 1990, un equipo de estudiantes de pregrado del MIT concibió y prototipó un nuevo tipo de tinta electrónica basada en una pantalla electroforética microencapsulada, origen de E-Ink Corp y la usada por la europea Philips. Esta tecnología utiliza microcápsulas llenas de partículas blancas cargadas eléctricamente suspendidas en un aceite coloreado. La circuitería subyacente controla si las partículas blancas están en la parte superior de la cápsula (por lo que se ve blanco para el espectador) o en la parte inferior de la cápsula (por lo que el espectador ve el color del aceite). Esta tecnología permitió que la pantalla se hiciera en láminas de plástico flexibles en lugar de vidrio. Una implementación más reciente de este concepto requiere solo una capa de electrodos debajo de las microcápsulas.
• Electrowetting Display (EWD): es una tecnología que controla la forma de una interfaz agua/aceite confinada mediante un voltaje aplicado. Sin voltaje, el aceite (coloreado) forma una película plana entre el agua y un recubrimiento aislante hidrofóbico de un electrodo, resultando en un píxel coloreado. Al aplicar un voltaje entre el electrodo y el agua, la tensión interfacial entre el agua y el recubrimiento cambia, lo que hace que el agua desplace al aceite, creando un píxel parcialmente transparente o blanco si hay una superficie blanca reflectante debajo del elemento conmutable. Los displays basados en electrowetting ofrecen varias características atractivas. El cambio entre la reflexión blanca y coloreada es lo suficientemente rápido para mostrar contenido de video. Es una tecnología de bajo consumo y bajo voltaje, y los displays basados en el efecto pueden ser planos y delgados. La reflectividad y el contraste son mejores o iguales a otros tipos de displays reflectantes y se acercan a las cualidades visuales del papel. Además, la tecnología ofrece un camino único hacia displays a todo color de alto brillo, lo que lleva a displays que son cuatro veces más brillantes que los LCD reflectantes y dos veces más brillantes que otras tecnologías emergentes. En lugar de usar filtros rojo, verde y azul (RGB) o segmentos alternos de los tres colores primarios, que efectivamente resultan en que solo un tercio del display refleja la luz en el color deseado, el electrowetting permite un sistema en el que un sub-píxel puede cambiar dos colores diferentes de forma independiente. Esto resulta en la disponibilidad de dos tercios del área del display para reflejar la luz en cualquier color deseado. Esto se logra construyendo un píxel con una pila de dos películas de aceite coloreadas controlables de forma independiente más un filtro de color. Los colores son cian, magenta y amarillo (RGB), que es un sistema sustractivo, comparable al principio utilizado en la impresión de inyección de tinta. En comparación con el LCD, se gana brillo porque no se requieren polarizadores.
• Electrofluídica: es una variante del display del EWD que coloca una dispersión de pigmento acuoso dentro de un pequeño depósito. Este depósito comprende menos del 5-10% del área de píxel visible y, por lo tanto, el pigmento está sustancialmente oculto a la vista. Se utiliza voltaje para extraer electromecánicamente el pigmento del depósito y extenderlo como una película directamente detrás del sustrato de visualización. Como resultado, el display adquiere un color y brillo similares a los de los pigmentos convencionales impresos en papel. Cuando se retira el voltaje, la tensión superficial del líquido hace que la dispersión del pigmento se retraiga rápidamente hacia el depósito. La tecnología puede proporcionar potencialmente más del 85% de reflectancia en estado blanco para el papel electrónico. La tecnología central fue inventada en el Laboratorio de Dispositivos Novedosos de la Universidad de Cincinnati y existen prototipos funcionales desarrollados en colaboración con Sun Chemical, Polymer Vision y Gamma Dynamics. Tiene un amplio margen en aspectos críticos como el brillo, la saturación de color y el tiempo de respuesta. Debido a que la capa ópticamente activa puede tener menos de 15 micrómetros de espesor, existe un fuerte potencial para displays enrollables.
• Interferometric modulator (Mirasol): el modulador interferométrico es una tecnología utilizada en displays visuales electrónicos que puede crear varios colores a través de la interferencia de la luz reflejada. El color se selecciona con un modulador de luz conmutado eléctricamente que comprende una cavidad microscópica que se enciende y apaga utilizando circuitos integrados de control similares a los utilizados para dirigir un LCD.
• Pantalla electrónico-plasmónico: es una tecnología que utiliza nanoestructuras plasmónicas con polímeros conductores. Esta tecnología presenta colores de amplio rango, alta reflexión independiente de la polarización (>50%), fuerte contraste (>30%), tiempo de respuesta rápido (cientos de ms) y estabilidad a largo plazo. Además, tiene un consumo de energía ultrabajo (<0.5 mW/cm2) y potencial para alta resolución (>10000 dpi). Dado que las metasuperficies ultradelgadas son flexibles y el polímero es suave, todo el sistema puede doblarse. Las mejoras futuras deseadas para esta tecnología incluyen bistabilidad, materiales más baratos e implementación con matrices TFT. Y, para ello, está compuesta por dos elementos o partes clave:
  • La primera es una metasuperficie altamente reflectante hecha por películas de metal-aislante-metal de decenas de nanómetros de espesor que incluyen orificios a escala nanométrica. Estas metasuperficies pueden reflejar diferentes colores dependiendo del espesor del aislante. El esquema de color RGB estándar puede usarse como píxeles para displays a todo color.
  • La segunda parte es un polímero con absorción óptica controlable por un potencial electroquímico. Después de hacer crecer el polímero en las metasuperficies plasmónicas, la reflexión de las metasuperficies puede ser modulada por el voltaje aplicado.
• LCD reflectivo: es una tecnología similar a la LCD convencional, pero el panel de retroiluminación se sustituye por una superficie reflectiva.

Existen otras tecnologías desarrolladas o en desarrollo, aunque las anteriores son las más ipmortantes. Por ejemplo, los investigadores están haciendo grandes esfuerzos para conseguir usar transistores orgánicos embevbidos en sustratos flexibles, simplificar las pantallas de color mediante óptica, etc.

Versiones de e-Ink

Siempre aconsejo optar por los lectores electrónicos con pantalla e-Ink en lugar de las pantallas LCD. La razón es que la tinta electrónica no solo es menos cansada para tus ojos, sino que también te brinda una experiencia de lectura similar a la de un papel real, además de consumir mucha menos energía que las pantallas tradicionales. Al seleccionar la pantalla de e-Ink o e-paper, debes saber que existen varias versiones de las tecnologías disponibles hoy en día patentadas por e-Ink Holdings, como:

• Vizplex: esta fue la primera generación de pantallas de tinta electrónica, utilizada por algunas marcas muy populares en 2007.
• Pearl: esta mejora se introdujo tres años después y fue utilizada por Amazon para su Kindle, así como en otros modelos como los de Kobo, Onyx y Pocketbook.
• Mobius: es similar a las anteriores, pero incluye una capa de plástico transparente y flexible sobre la pantalla para resistir mejor los golpes. Onyx, una empresa china, fue una de las que utilizó esta pantalla.
• Triton: se introdujo por primera vez en 2010, aunque se lanzó una segunda versión mejorada en 2013. Esta tecnología incluía por primera vez color en las pantallas de tinta electrónica, con 16 tonos de gris y 4096 colores. Pocketbook fue uno de los primeros en usarla.
• Carta y Carta HD: se lanzaron en 2013, y existen dos versiones diferentes. La e-Ink Carta tiene una resolución de 768×1024 px, 6″ de tamaño y una densidad de píxeles de 212 ppi. En cuanto a la versión e-Ink Carta HD, aumenta a 1080×1440 px de resolución y 300 ppi, manteniendo las 6 pulgadas. Este formato es muy popular, utilizado por los mejores modelos de lectores electrónicos actuales.
• Kaleido: esta tecnología llegó en 2019, con una versión Plus en 2021 y una versión Kaleido 3 en 2022. Son mejoras de la pantalla a color, basándose en los paneles en escala de grises agregando una capa con un filtro de color. La versión Plus mejoraba la textura y el color para una imagen más clara, y la Kaleido 3 ofrece colores mucho más vivos, con una saturación de color un 30% mayor que la generación anterior, 16 niveles de escala de grises y 4096 colores.
• Gallery 3: es el modelo más reciente, y acaba de llegar en 2023, se basa en ACeP (Advanced Color ePaper) para lograr colores más completos y con una sola capa de fluido electroforético controlada por voltajes compatibles con los backplanes TFT comerciales. Es una tecnología de e-Ink a color que mejora el tiempo de respuesta, es decir, el tiempo que tarda en cambiar de un color a otro. Por ejemplo, de blanco a negro en solo 350 ms, y entre colores, dependiendo de la calidad puede ir desde los 500 ms a los 1500 ms. Además, vienen con luz frontal ComfortGaze que reduce la cantidad de luz azul reflejada en la superficie de la pantalla para que puedas conciliar mejor el sueño y no te cause tanto desgaste ocular.

Futuro

Plastic Logic Germany es una empresa (desarrolladora + fábrica) que se originó como un proyecto derivado (spin-off) del Laboratorio Cavendish en la Universidad de Cambridge. Fue fundada en el año 2000 por Richard Friend, Henning Sirringhaus y Stuart Evans. La compañía se especializa en el desarrollo y fabricación de pantallas electrofóreticas (EPD), basadas en la tecnología de transistores de película delgada orgánica (OTFT), en Dresden, Alemania. Gracias a ellas se podía representar información como en una pantalla convencional, pero en un panel flexible. Haciendo grandes contribuciones al campo de las pantallas flexibles actuales, y que parece que serán el futuro como estamos viendo en muchos casos. Combinando esta tecnología con el ePaper o e-Ink se llegará a elementos muy similares en peso y flexibilidad a las hojas de papel, con todas sus aplicaciones y ventajas…