7 de octubre de 2023

¿Qué es una pantalla E Ink y cómo funciona?

Cuando Amazon lanzó el primer Kindle al mundo en 2007, creó por sí solo el mercado de los lectores electrónicos. Aunque dispositivos como el Kindle y el Kobo no pueden competir con una tableta de alta gama en cuanto a profundidad de color de 24 bits o frecuencia de actualización de 60Hz, superan ampliamente a esos dispositivos en cuanto a duración de la batería al utilizar un enfoque diferente en sus pantallas.

Las pantallas a las que estás acostumbrado en tus tabletas y teléfonos se llaman pantallas emisivas. La mayoría de las pantallas de teléfonos utilizan tecnología de visualización de cristal líquido (LCD) o diodo orgánico de emisión de luz (OLED). En las pantallas LCD, se utiliza una matriz de LED como luz de fondo. Esa luz es filtrada por una capa de millones de subpíxeles LCD rojos, verdes y azules para crear una imagen. Las pantallas OLED utilizan capas delgadas de materiales orgánicos que emiten luz cuando se les aplica electricidad. Se disponen tiras delgadas de OLED emisores de luz roja, verde y azul en una pantalla para crear subpíxeles.

Desde la perspectiva del consumidor, la diferencia principal entre la tecnología de visualización LCD y OLED es que los OLED tienen mejor contraste entre colores oscuros y brillantes debido a la falta de una luz de fondo. Sin embargo, debido a que ambas tecnologías dependen de la producción de luz para crear una imagen, las pantallas pueden ser indistinguibles en condiciones de luz intensa, especialmente a la luz directa del sol. Los lectores electrónicos utilizan un tipo diferente de tecnología de visualización llamada papel electrónico. En lugar de emitir luz a través de LED, reflejan la luz ambiental que los rodea. Por lo tanto, en lugar de ser más difíciles de ver en luz intensa, las imágenes se vuelven más fáciles de ver. La tecnología de visualización reflectante se puede lograr de varias maneras, pero es casi seguro que el lector electrónico que tienes en tu mesa de café está alimentado por una pantalla de tinta electrónica E Ink. E Ink es el nombre de la compañía que produce las pantallas utilizadas en los lectores electrónicos modernos; e-ink es un término genérico para los pigmentos utilizados en las pantallas electroforéticas.

En el corazón de las pantallas de papel electrónico de E Ink se encuentran millones de microcápsulas llenas de partículas de tinta blanca y negra cargadas eléctricamente suspendidas en un aceite transparente. Las partículas blancas cargadas negativamente actúan como el blanco en una página, mientras que las partículas negras cargadas positivamente actúan como la tinta. Una capa superior e inferior de electrodos encierra las cápsulas llenas de tinta y controla dónde se muestra la tinta mediante un campo eléctrico. El proceso de utilizar un campo eléctrico para controlar el movimiento de partículas en un líquido se conoce como electroforesis. La naturaleza de la electroforesis también da lugar a la duración significativamente más larga de la batería de los lectores electrónicos en comparación con los dispositivos que utilizan pantallas LCD. Mientras que los LCD requieren una entrada continua de energía (la mayoría de ella para alimentar las luces de fondo LED), las pantallas electroforéticas solo utilizan energía para actualizar la pantalla. Esto significa que mientras lees tu libro electrónico, el lector electrónico está en modo de reposo entre las páginas y, si se queda sin energía, mantiene su última imagen indefinidamente.

Para lograr la visualización en color, los lectores electrónicos comerciales utilizan el mismo truco que los sensores de cámara en color para detectar el color: una matriz de filtros de color (CFA). Un CFA es una superposición con un patrón de filtros de color rojo, verde, azul y transparente, permitiendo que solo longitudes de onda de luz específicas pasen a través de él. Debajo del CFA, el papel electrónico se limita a mostrar pigmento negro o blanco, pero al activar el pigmento blanco debajo de las partes rojas y azules del CFA, el papel electrónico puede parecer púrpura.

Las CFAs no están exentas de problemas. Uno de ellos es que reducen la resolución general de la pantalla. Se necesitan entre cuatro y nueve píxeles en blanco y negro para producir un píxel en color. Otro problema es la pérdida de brillo, ya que se pierde luz al pasar a través del CFA, al reflejarse en los pigmentos electroforéticos y al pasar nuevamente a través del CFA. Las pantallas Kaleido más nuevas mitigan estos problemas de varias maneras, pero no los eliminan. El primer truco que utiliza E Ink es colocar el CFA más cerca de la capa de tinta de la pantalla. En lugar de imprimirlo en un sustrato de vidrio como lo hizo para las pantallas Triton, el CFA se imprime en el plástico que cubre los electrodos. Quizás lo más importante, las pantallas Kaleido tienen una luz frontal diseñada para reflejar la mayor cantidad de luz posible hacia el lector. A pesar de estas mejoras en el diseño, las pantallas de papel electrónico basadas en CFA son más oscuras que las pantallas sin CFA. Las últimas pantallas en color de E Ink eliminan el CFA y utilizan una tinta electrónica con cuatro pigmentos (cian, magenta, amarillo y blanco) en lugar de dos. Estos pigmentos se controlan electroforéticamente, pero E Ink utiliza partículas de diferentes tamaños y cargas y reemplaza las cápsulas esféricas utilizadas en su papel tradicional por tazas trapezoidales, lo que permite un control más preciso de las posiciones verticales de los pigmentos en las tazas. Las tabletas con esta tecnología, que E Ink llama Galería 3, están comenzando a aparecer en dispositivos de consumo.

El amplio mundo del papel electrónico No hay duda de que E Ink y sus pantallas dominan el mercado de los lectores electrónicos, pero existen alternativas a sus omnipresentes pantallas electroforéticas. Algunas de estas tecnologías de visualización reflectante se vendieron en lectores electrónicos en algún momento, algunas nunca llegaron al mercado y al menos una está disponible para su compra en este momento.

Modulación interferométrica La pantalla Mirasol de Qualcomm estuvo cerca de encontrar un nicho en el mercado. Mirasol funcionaba según el principio de la modulación interferométrica para producir imágenes en color completamente estables. Básicamente, cuando la luz llega a la pantalla, parte de ella se refleja desde la superficie y parte desde los espejos subsuperficiales. La matriz de espejos está posicionada de manera que las ondas de luz que se reflejan en ella interfieren con las ondas de luz reflejadas desde la superficie. Según la posición de los espejos, la interferencia puede crear un color visible (rojo, verde o azul) o modularlo fuera del espectro visible (negro). Este principio óptico también es responsable de la iridiscencia.

Solo unos pocos dispositivos que utilizan la tecnología Mirasol llegaron al mercado. Ninguno de ellos tuvo un gran éxito a pesar de que Mirasol ofrecía un color más vibrante que lo que E Ink ofrecía en ese momento y una velocidad de actualización más rápida. Qualcomm discontinuó oficialmente la producción de Mirasol en 2013.

Electroforesis En los primeros días de los lectores electrónicos, Bridgestone (sí, la compañía de neumáticos) desarrolló una tecnología llamada pantalla de polvo líquido, que comercializó como Aerobee. En lugar de suspender el pigmento en un fluido como lo hizo E Ink, Aerobee utilizaba aire, lo que hacía que el tiempo de respuesta de su pantalla fuera más rápido que el de las pantallas E Ink contemporáneas. Bridgestone se enfocó en el mercado empresarial en lugar del mercado de consumo con sus pantallas Aerobee, pero abandonó por completo la tecnología del papel electrónico en 2012 sin lanzar un producto. Reinkstone y Topjoy lanzaron lectores electrónicos basados en una tecnología llamada lodo electrónico de visualización (DES). Suspende sus pigmentos en plasma en lugar de aceite o aire y los separa con «cofferdams» en lugar de cápsulas o tazas. Según su distribuidor, Good Display, las pantallas DES pueden funcionar en un rango más amplio de temperaturas, con mayor resolución, contraste más nítido y menor consumo de energía. A pesar de este potencial, DES aún no ha logrado éxito en el mercado, con el Reinkstone R1 que se sitúa en $700 con críticas mixtas. La Topjoy Butterfly, que fue financiada por completo en Kickstarter en 2021, aún tiene financiadores que no han recibido sus dispositivos (y a los que los han recibido no les gusta lo que han obtenido).

Un cofferdam es una estructura construida en el agua para permitir condiciones de trabajo en seco en el lecho marino y de ríos.

Pantalla de cristal líquido reflectante De todas las tecnologías de visualización reflectante que han desafiado a E Ink a lo largo de los años, solo la pantalla de cristal líquido reflectante (RLCD) está disponible en dispositivos de consumo. La ciencia detrás de las pantallas RLCD es similar a la de las pantallas LCD emisivas en el sentido de que una capa de cristal líquido es responsable