e-Ink: tutto quello che c'è da sapere sugli schermi degli e-reader

Gli schermi svolgono un ruolo cruciale nella nostra interazione quotidiana con la tecnologia e, tra gli altri problemi, possono danneggiare la vista o causare affaticamento degli occhi. Affinché ciò non accada mentre ti diverti a leggere il tuo eBook preferito, ti consigliamo di scegliere schermi dotati di questa tecnologia di cui ti parliamo oggi. Tra le varie tecnologie di visualizzazione disponibili, Schermi e-Ink o inchiostro elettronico, hanno guadagnato popolarità grazie al loro insieme unico di funzionalità, che migliorano l'esperienza del lettore e la rendono il più vicino possibile alla lettura su carta.

Ma… sai davvero cosa sono?

Cos'è l'e-Ink o l'ePaper?

Può essere chiamato con vari nomi, come ad esempio carta elettronica o ePaper, noto anche come inchiostro elettronico o e-Ink. Indipendentemente da come lo chiami, è un tipo di pannello dello schermo che imita l'aspetto del normale inchiostro sulla carta. A differenza dei tradizionali display piatti che emettono luce, un display e-paper riflette la luce ambientale, proprio come la carta. Ciò può renderli più comodi da leggere e fornire un angolo di visione più ampio rispetto alla maggior parte dei display a emissione di luce. Il rapporto di contrasto sui display elettronici disponibili si avvicina a quello di un giornale, mentre i display di nuova concezione sono leggermente migliori. Uno schermo ideale per un e-paper può essere letto alla luce diretta del sole senza che l'immagine sembri sbiadita, come accade con molti altri dispositivi come tablet, smartphone, computer, ecc.

Molte tecnologie e-paper mantieni testo e immagini statiche a tempo indeterminato senza elettricità. Questo li rende ideali anche per i dispositivi mobili che dipendono dalla batteria, in modo da poter estendere l'autonomia per giorni o settimane, a seconda del consumo totale dell'hardware del dispositivo.

Come funziona e-Ink o ePaper

Non si può generalizzare riguardo a modo di lavorare dei retini a inchiostro elettronico, o e-Ink, poiché esistono molte tecnologie e ognuna funziona in modo diverso, come vedremo più avanti nella sezione tipologie. Ma per esempio, Attraverso l'elettroforesi, quando viene applicato un campo elettrico alla microcapsula, le particelle cariche si muovono verso l'elettrodo con carica opposta. Ad esempio, se l'elettrodo inferiore è positivo, le particelle nere si muoveranno verso il basso e le particelle bianche si muoveranno verso l'alto.

• Microcapsule: Sono composti da milioni di microcapsule, ciascuna delle quali ha all'incirca la stessa larghezza di un capello umano. Ogni microcapsula contiene particelle cariche sospese in un fluido limpido. Queste capsule sono distribuite su tutto il pannello o schermo. All'interno di ogni microcapsula ci sono particelle bianche che portano una carica positiva e particelle nere che portano una carica negativa. Funzionamento semplice, sono polarizzati in base alla carica elettrica per visualizzare testi e immagini, in bianco e nero. In questo modo puoi vedere un punto o un pixel bianco o nero...

Una delle caratteristiche principali dei display e-Ink è la loro bistabilità. Ciò significa che una volta che l'immagine si è formata, non è necessaria alcuna energia per mantenerla. L'immagine rimarrà sullo schermo anche quando viene rimossa l'alimentazione. Da qui il suo basso consumo rispetto agli schermi convenzionali.

Al giorno d'oggi, la tecnologia è avanzata, quindi ce ne sono anche schermi a colori, più avanzato e che può mostrare una moltitudine di colori, per mostrare immagini di libri, fumetti, ecc.

Un po' di storia

Anche se può sembrare abbastanza recente, la verità è che la storia di questi schermi risale a qualche decennio fa, precisamente agli anni '1970, quando Nick Sheridon, dello Xerox Palo Alto Research Center, sviluppò il primo giornale elettronico chiamato Gyricon. Questo materiale innovativo era costituito da sfere di polietilene che potevano ruotare liberamente, mostrando un lato bianco o nero a seconda della polarità della tensione applicata, creando così l'aspetto di un pixel bianco o nero controllato elettricamente.

Nonostante questo progresso, l’idea di uno schermo a basso consumo che imitasse la carta si concretizzò solo decenni dopo. Era fisico Joseph Jacobson, mentre era studente post-dottorato alla Stanford University, che immaginava un libro multipagina il cui contenuto potesse essere modificato premendo un pulsante e che richiedesse poca energia per funzionare.

Jacobson è stato reclutato da Neil Gershenfeld al MIT Media Lab nel 1995. Lì, Jacobson ha reclutato due studenti universitari del MIT, Barrett Comiskey e JD Albert, per creare la tecnologia di visualizzazione necessaria. per trasformare la tua visione in realtà.

L’obiettivo iniziale era creare piccole sfere metà bianche e metà nere, come Gyricon di Xerox. Tuttavia, questo approccio si è rivelato una sfida considerevole. Durante i suoi esperimenti, Albert creò accidentalmente delle sfere completamente bianche. Comiskey ha sperimentato caricando e incapsulando queste particelle bianche in microcapsule mescolate con un colorante scuro. Il risultato è stato un sistema di microcapsule che potevano essere applicate su una superficie e caricate in modo indipendente per creare immagini in bianco e nero.

En Nel 1996, il MIT ha depositato il primo brevetto per il display elettroforetico microincapsulato. Il vantaggio del display elettroforetico microincapsulato e il suo potenziale per soddisfare i requisiti pratici della carta elettronica sono stati considerati un importante passo avanti, in vista del suo utilizzo, tra gli altri, nei dispositivi di lettura. Tuttavia, a quel tempo la tecnologia era ancora primitiva e non esistevano display a colori di questo tipo.

Nel 1997, Albert, Comiskey e Jacobson, insieme a Russ Wilcox e Jerome Rubin, fondò la E-Ink Corporation, due mesi prima della laurea di Albert e Comiskey. Da allora, la tecnologia e-Ink ha continuato ad evolversi, trovando applicazioni in una varietà di dispositivi e trasformando la nostra interazione con la tecnologia digitale...

Questa compagnia Azienda taiwanese che produce e distribuisce schermi elettroforesi, ha beneficiato di diversi movimenti per diventare dominante nel settore. Ad esempio, nel 2005, Philips ha venduto il business della carta elettronica a Prime View International (PVI), un produttore con sede a Hsinchu, Taiwan. Nel 2008, E Ink Corp. annunciò un accordo iniziale per essere acquistata da PVI per 215 milioni di dollari, un importo che alla fine raggiunse i 450 milioni di dollari dopo le negoziazioni. E-Ink è stata acquisita ufficialmente il 24 dicembre 2009. L'acquisto da parte di PVI ha ampliato la scala di produzione del display e-paper E-Ink. PVI si è ribattezzata E Ink Holdings Inc. dopo l'acquisto. Nel dicembre 2012 ha acquisito SiPix, un'azienda rivale di display elettroforetici, per rafforzare la sua leadership odierna.

Applicazioni per schermi e-Ink

Con l'avanzamento e la maturazione di questa tecnologia, molte aziende hanno iniziato a sviluppare o acquisire schermi di questo tipo dai propri fornitori per utilizzarli in una moltitudine di applicazioni, anche se i più conosciuti sono gli ereader, la verità è che ci sono stati tentativi e applicazioni in altri settori:

• Schermi flessibili: poiché questa tecnologia si adatta bene ai pannelli rigidi ed anche a quelli piegabili. Ad esempio, può essere utilizzato per alcuni dispositivi mobili o indossabili flessibili, come i low-cost Motorola F3, Samsung Alias ​​2, YotaPhone, Hisense A5c, che utilizzano uno schermo e-Ink al posto dell'LCD, o lo Spectrum di Seiko SVRD001, il Ciottolo Tagliente, ecc.
• eReader: come abbiamo già accennato, come quelli che abbiamo in questa pagina, di varie marche, Sony, Kindle, Kobo, Onyx, ecc. Inoltre, esistono già sia schermi convenzionali che touch screen, nonché schermi a colori o schermi sensibili alle penne elettroniche.
• Laptop e monitor per PC: Sebbene non sia comune, ci sono stati alcuni modelli speciali, come il Lenovo ThinkBook Plus, con uno schermo e-Paper. Vediamo anche molti tablet Android che utilizzano questo tipo di schermo, per realizzare dispositivi 2 in 1 o ibridi tra un eReader e un tablet.
• giornali elettronici: Il quotidiano fiammingo De Tijd ha distribuito anche una versione elettronica del suo quotidiano cartaceo in versione limitata, utilizzando una versione preliminare dell'iRex iLiad. Altri esempi sarebbero arrivati ​​dopo.
• Smart Card e periferiche- Alcune smart card possono anche utilizzare questo tipo di display e-ink a basso consumo, come quelli prodotti da Nagra ID e gli sviluppi di Innovative Card Technologies e nCryptone. Sono stati utilizzati anche per alcune altre periferiche, come le pendrive USB con schermi.
• Dashboard pubbliche: Possono essere utilizzati anche per ridurre il consumo di pannelli elettronici o schermi che visualizzano informazioni negli aeroporti, stazioni ferroviarie, pannelli autostradali, segnaletica, ecc.
• Altro: Abbiamo anche altri possibili usi, come etichette elettroniche con schermo e-Ink, abbigliamento intelligente, tastiere come quelle di Dvorak, giochi, ecc.

Tecnologie di visualizzazione dell'e-paper

Per quanto riguarda le tecnologie esistenti, possiamo distinguere tra diversi, sia a livello fondamentale che anche nelle versioni della e-Ink Corporation:

Tipi di pannelli

Tra l' tipi di tecnologie che sono stati sviluppati nel tempo per implementare i retini e-Ink, segnaliamo:

• Gyricon: La carta elettronica è stata sviluppata per la prima volta negli anni '1970 da Nick Sheridon presso il Palo Alto Research Center di Xerox. La prima carta elettronica, chiamata Gyricon, era costituita da sfere di polietilene di dimensioni comprese tra 75 e 106 micrometri. Ogni sfera è una particella Giano composta da plastica nera caricata negativamente da un lato e plastica bianca caricata positivamente dall'altro. Le sfere sono incastonate in un foglio di silicone trasparente, ciascuna sfera è sospesa in una bolla d'olio in modo che possa ruotare liberamente. La polarità della tensione applicata a ciascuna coppia di elettrodi determina se il lato bianco o nero è rivolto verso l'alto, conferendo così al pixel un aspetto bianco o nero. Nel 2007, la società estone Visitret Displays stava sviluppando questo tipo di display utilizzando il fluoruro di polivinilidene (PVDF) come materiale per le sfere, migliorando notevolmente la velocità video e riducendo la tensione di controllo necessaria.
• EPD (Display Elettrosferico): Un display elettroforetico forma immagini riorganizzando le particelle di pigmento cariche con un campo elettrico applicato. Nell'implementazione più semplice di una EPD, le particelle di biossido di titanio di circa un micrometro di diametro sono disperse in un olio idrocarburico. All'olio viene aggiunto anche un colorante di colore scuro, insieme a tensioattivi e agenti di carica che fanno sì che le particelle acquisiscano una carica elettrica. Questa miscela è posta tra due piastre conduttrici parallele separate da uno spazio compreso tra 10 e 100 micrometri. Quando viene applicata una tensione tra le due piastre, le particelle migrano elettroforeticamente verso la piastra portando la carica opposta a quella delle particelle. Quando le particelle si trovano sul lato anteriore (visione) dello schermo, appare il bianco, perché la luce viene riflessa verso lo spettatore dalle particelle di titanio ad alto indice. Quando le particelle si trovano sul lato posteriore dello schermo, questo appare scuro perché la luce viene assorbita dalla tinta del colore. Se l'elettrodo posteriore è diviso in una serie di piccoli elementi dell'immagine (pixel), è possibile formare un'immagine applicando la tensione appropriata a ciascuna regione dello schermo per creare uno schema di regioni riflettenti e assorbenti. Gli EPD vengono generalmente risolti utilizzando la tecnologia TFT (thin film transistor) basata su MOSFET.
• Elettroforetico microincapsulato: Negli anni '1990, un team di studenti universitari del MIT ha ideato e prototipato un nuovo tipo di inchiostro elettronico basato su un display elettroforetico microincapsulato, originario della E-Ink Corp e utilizzato dalla europea Philips. Questa tecnologia utilizza microcapsule riempite con particelle bianche caricate elettricamente sospese in un olio colorato. Il circuito sottostante controlla se le particelle bianche si trovano nella parte superiore della capsula (in modo che appaia bianca allo spettatore) o nella parte inferiore della capsula (in modo che lo spettatore veda il colore dell'olio). Questa tecnologia ha consentito di realizzare lo schermo con fogli di plastica flessibili anziché in vetro. Un'implementazione più recente di questo concetto richiede solo uno strato di elettrodi sotto le microcapsule.
• Display per elettrowetting (EWD): è una tecnologia che controlla la forma di un'interfaccia acqua/olio confinata attraverso una tensione applicata. Senza tensione, l'olio (colorato) forma una pellicola piatta tra l'acqua e il rivestimento isolante idrofobo di un elettrodo, risultando in un pixel colorato. Applicando una tensione tra l'elettrodo e l'acqua, la tensione interfacciale tra l'acqua e il rivestimento cambia, facendo sì che l'acqua sposti l'olio, creando un pixel parzialmente trasparente o bianco se c'è una superficie riflettente bianca sotto l'elemento commutabile. I display basati sull'elettrowetting offrono diverse caratteristiche interessanti. Il passaggio dalla riflessione bianca a quella colorata è abbastanza veloce per visualizzare il contenuto video. È una tecnologia a basso consumo e bassa tensione e i display basati sull'effetto possono essere piatti e sottili. La riflettività e il contrasto sono migliori o uguali ad altri tipi di display riflettenti e si avvicinano alle qualità visive della carta. Inoltre, la tecnologia offre un percorso unico verso display a colori ad alta luminosità, portando a display quattro volte più luminosi degli LCD riflettenti e due volte più luminosi di altre tecnologie emergenti. Invece di utilizzare filtri rosso, verde e blu (RGB) o segmenti alternati dei tre colori primari, che di fatto fanno sì che solo un terzo del display rifletta la luce nel colore desiderato, l'elettrowetting consente un sistema in cui un sub-pixel può cambiare due colori diversi in modo indipendente. Ciò fa sì che due terzi dell'area del display siano disponibili per riflettere la luce in qualsiasi colore desiderato. Ciò si ottiene costruendo un pixel con una pila di due pellicole di olio colorate controllabili indipendentemente più un filtro colorato. I colori sono ciano, magenta e giallo (RGB), che è un sistema sottrattivo, paragonabile al principio utilizzato nella stampa a getto d'inchiostro. Rispetto all'LCD, la luminosità aumenta perché non sono necessari i polarizzatori.
• Elettrofluidica: è una variante del display EWD che colloca una dispersione di pigmento acquoso all'interno di un piccolo serbatoio. Questo deposito comprende meno del 5-10% dell'area visibile dei pixel e pertanto il pigmento è sostanzialmente nascosto alla vista. La tensione viene utilizzata per estrarre elettromeccanicamente il pigmento dal serbatoio e distribuirlo come una pellicola direttamente dietro il substrato del display. Di conseguenza, il display acquisisce un colore e una luminosità simili ai pigmenti convenzionali stampati su carta. Quando la tensione viene rimossa, la tensione superficiale del liquido fa sì che la dispersione del pigmento si ritiri rapidamente nel serbatoio. La tecnologia può potenzialmente fornire più dell'85% di riflettanza dello stato bianco per la carta elettronica. La tecnologia di base è stata inventata presso il Novel Devices Laboratory dell'Università di Cincinnati e esistono prototipi funzionanti sviluppati in collaborazione con Sun Chemical, Polymer Vision e Gamma Dynamics. Ha un ampio margine in aspetti critici come luminosità, saturazione del colore e tempo di risposta. Poiché lo strato otticamente attivo può avere uno spessore inferiore a 15 micrometri, esiste un forte potenziale per i display arrotolabili.
• Modulatore interferometrico (Mirasol): Il modulatore interferometrico è una tecnologia utilizzata nei display visivi elettronici in grado di creare vari colori attraverso l'interferenza della luce riflessa. Il colore viene selezionato con un modulatore di luce commutato elettricamente comprendente una cavità microscopica che viene accesa e spenta utilizzando circuiti integrati di controllo simili a quelli utilizzati per pilotare un LCD.
• Display elettronico-plasmonico: è una tecnologia che utilizza nanostrutture plasmoniche con polimeri conduttivi. Questa tecnologia offre colori ad ampia gamma, elevata riflessione indipendente dalla polarizzazione (>50%), forte contrasto (>30%), tempi di risposta rapidi (centinaia di ms) e stabilità a lungo termine. Inoltre, ha un consumo energetico estremamente basso (<0.5 mW/cm2) e un potenziale di alta risoluzione (>10000 dpi). Poiché le metasuperfici ultrasottili sono flessibili e il polimero è morbido, l’intero sistema può piegarsi. I miglioramenti futuri desiderati per questa tecnologia includono bistabilità, materiali più economici e implementazione con matrici TFT. E, per fare questo, è composto da due elementi o parti chiave:
  • La prima è una metasuperficie altamente riflettente composta da pellicole metallo-isolante-metallo spesse decine di nanometri che includono fori su scala nanometrica. Queste metasuperfici possono riflettere colori diversi a seconda dello spessore dell'isolante. Lo schema di colori RGB standard può essere utilizzato come pixel per display a colori.
  • La seconda parte è un polimero con assorbimento ottico controllabile da un potenziale elettrochimico. Dopo la crescita del polimero sulle metasuperfici plasmoniche, la riflessione delle metasuperfici può essere modulata dalla tensione applicata.
• LCD riflettente: Si tratta di una tecnologia simile all'LCD convenzionale, ma il pannello retroilluminato è sostituito da una superficie riflettente.

Esistono altre tecnologie sviluppate o in fase di sviluppo, sebbene quelle sopra indicate siano le più importanti. Ad esempio, i ricercatori stanno facendo grandi sforzi per utilizzare transistor organici incorporati in substrati flessibili, semplificare i display a colori utilizzando l’ottica, ecc.

Versioni e-Ink

Consiglio sempre di optare per e-reader con schermi e-Ink anziché schermi LCD. Il motivo è che l'e-ink non solo affatica meno gli occhi, ma ti regala anche un'esperienza di lettura simile a quella della carta vera, oltre a consumare molta meno energia rispetto agli schermi tradizionali. Quando selezioni la schermata e-Ink o e-paper, dovresti sapere che ci sono varie versioni delle tecnologie oggi disponibili brevettati da e-Ink Holdings, come:

• Vizplex: Questa è stata la prima generazione di display e-ink, utilizzata da alcuni marchi molto famosi nel 2007.
• Perla: Questo miglioramento è stato introdotto tre anni dopo ed è stato utilizzato da Amazon per il suo Kindle, così come in altri modelli come Kobo, Onyx e Pocketbook.
• Mobius: È simile ai precedenti, ma include uno strato di plastica trasparente e flessibile sullo schermo per resistere meglio agli urti. Onyx, un'azienda cinese, è stata una di quelle che hanno utilizzato questo schermo.
• Tritone: È stata introdotta per la prima volta nel 2010, anche se una seconda versione migliorata è stata rilasciata nel 2013. Questa tecnologia includeva il colore per la prima volta nei display a inchiostro elettronico, con 16 sfumature di grigio e 4096 colori. Pocketbook è stato uno dei primi ad usarlo.
• Lettera e Lettera HD: Sono stati rilasciati nel 2013 e esistono due versioni diverse. La e-Ink Carta ha una risoluzione di 768×1024 px, una dimensione di 6″ e una densità di pixel di 212 ppi. Per quanto riguarda la versione e-Ink Carta HD, aumenta la risoluzione a 1080x1440 px e 300 ppi, mantenendo 6 pollici. Questo formato è molto popolare, utilizzato dai migliori modelli di e-reader attuali.
• Kaleido: Questa tecnologia è arrivata nel 2019, con una versione Plus nel 2021 e una versione Kaleido 3 nel 2022. Si tratta di miglioramenti allo schermo a colori, basati su pannelli in scala di grigi con l'aggiunta di un livello con un filtro colorato. La versione Plus ha migliorato texture e colori per un'immagine più chiara, mentre Kaleido 3 offre colori molto più vividi, con una saturazione del colore superiore del 30% rispetto alla generazione precedente, 16 livelli di scala di grigi e 4096 colori.
• Galleria 3: È il modello più recente, ed appena arrivato nel 2023, si basa su ACeP (Advanced Color ePaper) per ottenere colori più completi e con un singolo strato di fluido elettroforetico controllato da tensioni compatibili con i backplane TFT commerciali. Si tratta di una tecnologia e-Ink a colori che migliora il tempo di risposta, ovvero il tempo necessario per passare da un colore all'altro. Ad esempio, dal bianco al nero in soli 350 ms, e tra i colori, a seconda della qualità, può passare da 500 ms a 1500 ms. Inoltre, sono dotati di una luce frontale ComfortGaze che riduce la quantità di luce blu riflessa sulla superficie dello schermo in modo da poterti addormentare meglio e non affaticare troppo gli occhi.

Futuro

Plastic Logic Germany è una società (sviluppatore + fabbrica) nata come progetto spin-off del Laboratorio Cavendish dell'Università di Cambridge. È stata fondata nel 2000 da Richard Friend, Henning Sirringhaus e Stuart Evans. L'azienda è specializzata nello sviluppo e nella produzione di schermi elettroforetici (EPD), basato sulla tecnologia dei transistor organici a film sottile (OTFT), a Dresda, in Germania. Grazie ad essi le informazioni potrebbero essere rappresentate come su uno schermo convenzionale, ma su un pannello flessibile. Danno un grande contributo al campo degli attuali schermi flessibili e sembra che saranno il futuro, come stiamo vedendo in molti casi. Combinando questa tecnologia con ePaper o e-Ink si otterranno elementi molto simili per peso e flessibilità ai fogli di carta, con tutte le loro applicazioni e vantaggi...