O que é e como funciona a tela e-ink?

Telas e-ink são utilizadas em leitores digitais, como o Kindle e o Kobo, para proporcionar ao usuário uma experiência mais próxima ao papel. Esse tipo de display oferece maior conforto para os olhos e menor consumo de energia se comparado a telas convencionais.

Histórico e aplicações

O termo e-ink (do inglês, “eletronic ink”) significa tinta eletrônica e é, na verdade, uma marca criada pela empresa E Ink Corporation – fundada em 1997 por estudantes do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e vendida para a Prime View International por US$ 215 milhões, em 2009.

A tecnologia base para o papel eletrônico, no entanto, foi desenvolvida na década de 1970 por Nick Sheridon, no centro de pesquisa Palo Alto (PARC) da Xerox.

Além de Amazon, outras fabricantes conhecidas também investem em telas e-ink para dispositivos móveis. Em 2022, a Xiaomi anunciou o tablet Note E-Ink, com display de 10,3 polegadas e caneta, para anotações.

Até a Apple estaria trabalhando em uma tela externa feita em e-ink para um possível iPhone dobrável.

Como funciona uma tela e-ink?

e-ink monocromático

Telas e-ink monocromáticas utilizam micropartículas de tinta preta e branca, carregadas magneticamente, para formar imagens. Essas partículas têm a espessura de um fio de cabelo humano, e ficam dentro de pequenas esferas suspensas em uma camada líquida.

A camada líquida é posicionada sobre uma matriz de circuitos eletrônicos que controlam a exibição dos pixels na tela, como mostra a ilustração abaixo.

Partículas de tinta preta são carregadas negativamente, e as de tinta branca têm carga positiva. A aplicação de diferentes campos elétricos faz com que as partículas se movimentem para a superfície, criando as imagens.

Desse modo, para exibir uma imagem totalmente preta, os pigmentos brancos são deslocados para o fundo da esfera, enquanto os pretos ficam na frente da tela — o oposto funciona da mesma forma. Já para tons de cinza, o dispositivo mistura os pigmentos para que eles fiquem posicionados no topo da esfera.

Essa movimentação ocorre em fração de segundos toda vez que mudamos uma página de um leitor digital, por exemplo.

O uso de energia elétrica acontece apenas na etapa de formação das imagens, para movimentar as micropartículas de tinta. Ao criar um novo quadro, a matriz é desligada.

e-ink colorido

E Ink Triton

A primeira tela e-ink colorida foi apresentada em 2010, ainda com muitas limitações. A produção de imagens com cores diferentes é mais difícil nesse tipo de tela do que nas OLED e LCD, uma vez que o papel eletrônico necessita movimentar micropartículas de tinta.

A primeira versão da tecnologia foi chamada de E Ink Triton e utilizava um filtro de cores RGB impresso em uma camada de vidro, que ficava sobre a camada de pigmentos preto e branco.

Essa técnica não avançou porque prejudicava significativamente a resolução da imagem. Além disso, devido à natureza reflexiva (e não emissiva, como OLED e LCD), a adição do filtro causava um escurecimento significativo da tela, que não conseguia produzir cores brilhantes o suficiente para competir com outras tecnologias de visualização.

Multi-pigmento

Em contrapartida, os pesquisadores da EInk Corporation começaram a trabalhar em uma tecnologia de multi-pigmento, que usava três ou quatro tipos de micropartículas de tinta, em vez de apenas preto e branco.

Nessa abordagem, as partículas têm tamanhos diferentes, e o nível de cargas também é alterado conforme a cor. Esse sistema oferece maior precisão na movimentação das partículas, uma vez que partículas mais ou menos carregadas positiva ou negativamente se movem de forma diferente pelos campos magnéticos produzidos.

Entretanto, os sistemas iniciais que usavam essa técnica também encontraram limitações, uma vez que os três pigmentos eram preto, branco e vermelho ou preto, branco e amarelo, e não podiam ser misturados para criar outras cores.

Advanced Color ePaper

A tecnologia Advanced Color ePaper (ACeP), apresentada em 2016, usa quatro micropartículas de tinta: branco, ciano, magenta e amarelo, em um sistema que lembra o usado em impressoras convencionais.

Movimentando essas partículas pelos campos magnéticos criados com a matriz elétrica, é possível criar até 50.000 cores.

Mas o ACeP tinha baixa taxa de atualização e cores suaves demais para competir com telas de smartphones e tablets. A tecnologia foi aplicada a painéis para vitrines de lojas, mas ainda está sendo aprimorada, e a EInk Corporation não descarta o uso em eletrônicos de consumo no futuro.

Kaleido: de volta aos filtros de cores

Diante das limitações encontradas em multi-pigmentos, os pesquisadores da EInk Corporation decidiram, então, voltar à tecnologia que usava filtro de cores, e aprimoraram a técnica para evitar o escurecimento e a perda de resolução da tela.

Isso foi possível removendo a camada de vidro adicional e imprimindo o filtro no filme plástico que segura o eletrodo superior. Além disso, a empresa adicionou uma luz frontal ao visor.

Chamados de Kaleido, esses painéis começaram a ser produzidos em 2019, e os primeiros produtos com essa tecnologia chegaram ao mercado nos anos seguintes. Um exemplo é o Hisense A7 CC, um smartphone Android lançado em 2021 com tela e-ink de 6,7 polegadas.

Vantagens das telas e-ink

• Maior conforto para os olhos: a tela e-ink reflete a luz do ambiente para os olhos do usuário, imitando o processo de papel e tinta convencionais. Já o LCD projeta a luz da camada de LEDs (backlight) para exibir imagens, o que pode contribuir para sintomas de fadiga ocular, de acordo com um estudo publicado no Optik Journal.
• Boa visibilidade em ambientes claros: telas e-ink se beneficiam da iluminação ambiente para emitir imagens mais brilhantes. Como a tecnologia é reflexiva, é possível ter boa experiência de visualização mesmo sob o sol – o que costuma ser um problema em tablets e celulares com telas OLED e LCD.
• Menor consumo de energia: telas e-ink não precisam de uma luz de fundo constantemente acesa para manter os quadros na tela, o que resulta em baixo consumo de energia. Desse modo, e-readers, celulares e outros dispositivos móveis podem ter baterias menores que duram por muito tempo.

Desvantagens das telas e-ink

• Maior tempo de resposta: a exibição de imagens na tela e-ink depende da reorganização dos pigmentos sobre a matriz elétrica. Esse processo é mais lento do que a simples manipulação diodos emissores de luz ou de cristais líquidos. Por isso, e-readers como o Kindle deixam um rastro quando mudamos de página.
• Limitações com cores: telas e-ink coloridas já existem, mas são mais caras por terem um processo de obtenção de cor mais complexo do que LCD e OLEDs. Além disso, não atingem níveis de brilho e saturação necessários para competir com essas tecnologias da visualização.
• Baixa resolução: mesmo as telas e-ink coloridas atuais ainda entregam baixa densidade de pixels em relação a OLED e LCD. O desenvolvimento de circuitos mais complexos é necessário para entregar maior definição de imagem.

Com informações: EInnk Corporation, IEEE