Nuevas tecnologías para libros electrónicos

El despegue en estos dos últimos años del libro electrónico, desde un punto de vista técnico, se ha basado en la tecnología de la tinta electrónica, también llamada en ocasiones papel electrónico (estrictamente, visualización por cataforesis). Ha sido evidente el esfuerzo publicitario que las compañías que fabrican los lectores han realizado en los últimos meses promoviendo la idea de que la tinta electrónica era la panacea que permitía una lectura cómoda y casi perfecta, encubriendo o minorando las deficiencias que tal técnica tiene.

Sin embargo, es muy probable que los fabricantes de la e-ink hayan estado dormidos, sin progresar en I+D, creyendo que tenían el mercado asegurado y sin apercibirse de que los consumidores buscaban prestaciones mejores. Pero la realidad es siempre tozuda y un conjunto de nuevas tecnologías van a superar al papel electrónico casi cuando aún no ha nacido. No es ya que la tradicional LCD no se deje arrebatar terreno o que haya un mercado supravalorado, sino que aparecen conceptos nuevos más avanzados. Especialmente, los siguientes:

- Mirasol
- Liquavista (Electrowetting)
- Pixel- Qi (pronúnciese Chi ya que es una palabra inspirada en el idioma chino)

Y en menor medida:

- DLP
- OLED
- E-plastic

Poca gracia va a hacerles a los compradores de libros electrónicos basados en e-ink (y con precios elevados) cuando se les queden obsoletos por las nuevas técnicas. La e-ink sobrevivirá pero a un precio muuuuuuuuuuucho menor y los precios habrán de bajar en un breve plazo de tiempo. Esto, sin duda, enojará a los actuales compradores de e-books que verán que sus aparatos, pagados a precio de oro, son casi regalados en un breve plazo. Probablemente, la e-ink quedará relegada al nicho de lectura de textos largos (¿novelas?) sin interactividad, excepto que surjan novedades tecnológicas importantes que ahora no se prevén.


El porqué de estas nuevas tecnologías

La tinta electrónica tiene, sin duda, importantes prestaciones. Se basa en microesferas rellenas de partículas coloreadas que bloquean o no la luz. Una vez posicionadas estas esferas, quedan quietas permanentemente hasta que una señal eléctrica las modifique.

Por un lado, al no tener que emitir luz sino sólo reflejar la que le llega del ambiente, su consumo es muy bajo y esto permite que los dispositivos que la usan no necesiten recargar durante relativamente largos periodos. Por ejemplo, se ha estimado que un lector de libros digitalizados con pantalla de tinta electrónica puede requerir cargar la batería cada 3-4 libros leídos, siempre en función del uso que se haga ya que si bien no precisa energía para mantener el texto en pantalla sí la precisa cada vez que se pasa página (o se hace un scroll si el soft lo permite) Un lector inquieto que salte a menudo entre páginas consumirá mucho más que aquel que se limite a leer de seguido y lentamente.

También, la tinta electrónica tiene una ventaja importante respecto a las pantallas tradicionales. No cansa la vista ya que no tiene refresco porque es una imagen estática. En las pantallas de ordenador convencionales, por el contrario, la imagen cambia de 30 a 60 veces por segundo. No lo percibimos, pero nos fatiga.

Asimismo, la tinta electrónica permite leer bajo condiciones de fuerte iluminación. Mientras que en una pantalla tradicional la luz es emitida y se pierde, se diluye, en medio de un medio ambiente mucho más luminoso (y, por tanto, casi no es posible leerla a pleno sol), el papel electrónico refleja la que le llega al modo como lo hace el papel de toda la vida, siendo su legibilidad mucho mayor.

¿Por qué, entonces, la tinta electrónica está encontrando dificultades a la hora de generalizarse y las nuevas técnicas pueden dejarla fuera de juego a muy corto plazo?

Principalmente por tres motivos:

- No permite el color, al menos en sus versiones actuales.
- Es muy lenta. Los cambios son “electromecánicos” y pasar una página requiere hasta incluso 2 segundos, lo que a la mayoría de los lectores les parece insufrible. Por otro lado, esta limitación supone que no pueden visualizarse, por ejemplo, vídeos.
- La definición es escasa comparando con las pantallas habituales. Dado que el papel electrónico está compuesto de minúsculas esferas cataforésicas, su tamaño no puede reducirse tanto como los pixeles de semiconductor.
Buscando soluciones a estas carencias y nuevas prestaciones, están proponiéndose nuevas tecnologías.

Analicémoslas.

Mirasol

Desarrollada por Qualcomm y LG, aún no está en el mercado pero parece ser que lo estará en el 2010. Esta técnica permite presentar páginas en color que es una de las deficiencias importantes del e-paper convencional con un consumo muy bajo. Su resolución es XGA de 1,024 x 768 con 220 ppp, un poco mejor que la ofrecida por la e-Ink y tiene un consumo de batería similar. Puede leerse, incluso, cuando en la pantalla incide directamente la luz del sol.

Esta tecnología se inspira en cómo se forman los colores en los cuerpos de varios animales. Las alas de una mariposa, por ejemplo, no consumen electricidad ni tienen circuitos electrónicos. ¿Cómo producen entonces esos maravillosos colores que se ven sin esfuerzo a simple vista? La respuesta es que lo hacen reflejando la luz que les llega (blanca) pero modificando su longitud de onda “dentro de su piel” y reflejando esta nueva onda. Al cambiar la longitud de onda, la luz que llega a nuestros ojos es de otro color y será tanto más brillante cuanto más luz entrante haya, con lo que puede verse a plena luz del sol.

Bajo este concepto, un monitor Mirasol se basa en modificar la longitud de onda de la luz entrante mediante moduladores interferométricos (IMOD). Se trata de cavidades resonantes similares al interferómetro de Fabry-Perot. Las pantallas Mirasol utilizan una membrana reflectora que es deformable eléctricamente (por atracción electrostática) y una lámina fina superior transparente separadas ambas alrededor de 500 nanómetros. Cuando la luz incide sobre este sándwich se refleja tanto en la membrana como en la lámina pero, dado que hay una pequeña distancia entre ellas, ambas reflexiones son ligeramente diferentes y se produce interferencia – constructiva o destructiva- dependiendo de la distancia entre ambas capas. La membrana puede controlarse con tensiones de sólo 5 voltios y la tensión necesaria para mantener la membrana en una posición es casi despreciable.

Como se ve en la figura, las ondas que llegan interfieren con las reflejadas y, según sea esa interferencia, la onda resultante es una u otra.

De este modo, la luz reflejada saliente – la que vemos- tiene otro color. Es más, una vez modificada eléctricamente la distancia entre las placas se quedan en esa posición. No hace falta casi más energía para mantenerlas con lo que el consumo es muy bajo ya que sólo se usa significativamente la batería cuando se cambia esa distancia. Estos moduladores interferométricos son muy diminutos, del orden de 10 a 100 micras y se pueden situar por millones en matrices de filas y columnas, al modo de los píxeles tradicionales con lo que la resolución puede ser alta.

La velocidad de activación es rapidísima, de unos 10 microsegundos lo que permite visualizar vídeo de calidad.

Se rumorea que Kindle incorporará esta tecnología cuando esté completamente disponible.

Liquavista

Este tecnología se basa en el fenómeno de humectación electrostática ( electrowetting ). y es algo que todos hemos experimentado aunque no hayamos sido conscientes de ello.

Si dejamos caer una gota de agua sobre una superficie de cristal, esta gota se expande bastante, “humectando” el material sobre el que cae. Por así decirlo, parece como si no hubiera ninguna resistencia a que el agua se expanda en una capa amplia y muy fina.

Por el contrario, si la dejamos caer sobre una superficie grasienta (o una sartén recubierta de teflón) esa gota no se expande. Decimos que no humedece el material o sólo lo hace de forma muy escasa. Por así decirlo, en este caso parece como si hubiese una resistencia a que la gota se expanda. Más técnicamente hay un equilibro entre la tensión superficial del material y el rozamiento de las moléculas del líquido con el material de la base.

Pues bien, esa humectación puede ser controlada eléctricamente. Si el material del sustrato está muy polarizado, el líquido se expande y existe una humectación amplia. Si, por el contrario, está poco polarizado la humectación es reducida. Mediante un campo eléctrico exterior -que puede ser regulado muchas veces por microsegundo- es posible controlar, entonces, el comportamiento humectante de un fluido. Es una técnica que ya se usa en numerosos aparatos, desde impresoras a equipos médicos, e incluso en óptica ya que las gotas más o menos circulares pueden actuar como lentes.

¿Cómo podemos aplicar este fenómeno físico al libro electrónico?

Expliquemos la figura superior. En la base, un sustrato que refleja la luz que le llega. Por encima hay un electrodo transparente que pemite aplicar tensión. Más arriba un aislante, también transparente. Encima, una capita de fluido líquido oscuro, luego agua y finalmente el cierre superior. Todo ello en un sándwich de no más de 200 micras de espesor. Al aplicar una tensión eléctrica al electrodo, aparece el fenómeno de humectación en el líquido. Si no hay tensión la humectación es amplia y el líquido se expande por debajo del agua con lo que, al ser oscuro, no deja que la luz se refleje y lo vemos todo negro. Por el contrario, al aplicar una tensión eléctrica, el líquido se “condensa” más o menos dejando pasar más o menos de la luz reflejada por la capa base.

Es decir, hemos conseguido una e-ink en toda regla. Donde no se deje pasar la luz habrá un punto negro; donde sí se deje pasar habrá un punto blanco. Esos elementos humectantes pueden ser muy reducidos (de unas 160 micras) y alinease en filas y columnas como píxeles. La tensión de operación ha conseguido reducirse a unos 15V lo que aún resulta un caballo de batalla importante para reducir el consumo. El cambio del estado de humectación, con la tecnología actual, es de unos 40 milisegundos lo que permite refrescos rápidos para visualizar vídeos a 25 imágenes por segundo.

El color puede obtenerse agrupando ternas de elementos con los líquidos coloreados de azul, verde y rojo cuyas combinaciones producirán todos los colores posibles. Pero en este caso, con color la resolución es 3 veces menor que en modo monocromático porque al juntar tres elementos el “pixel”, el “punto”, es tres veces mayor que el unitario. Por eso, se están desarrollando alternativas que consisten en superponer tres capas electrohumectantes con líquidos coloreados en cian, magenta y amarillo (los colores complementarios al rojo, verde y azul). La luz reflejada pasa a través de las tres capas y forma el color resultante. La resolución es igual al del display monocromático pero la intensidad se reduce por las pérdidas ocasionadas en cada capa.

El sistema de humectación electrostática consume poca energía aunque no es un puro biestable. Hay que mantener la tensión del electrodo para que las microgotas tengan la humectación deseada.

Pixel Qi

Tecnología cuya idea primigenia se debe al proyecto One Laptop per Child, de Negroponte y Mary Lou Jepsen (que fracasó hace unos años) y cuyos últimos avances se han presentado en la reciente feria de Las Vegas. Aún no está comercializada aunque se espera que lo sea a lo largo del 2010. No se trata de tinta electrónica sino de una pantalla LCD mejorada de doble modo de operación. Por un lado, puede ser usada como un monitor LCD convencional de emisión de luz cuando se trata de mostrar colores o vídeos (con todas las ventajas y desventajas de un monitor convencional). Por otro, entra en un estado estable no emisor que apenas consume energía cuando se trata de mostrar un texto en blanco y negro, muy apropiado para libros electrónicos.

Técnicamente, sigue siendo una pantalla LCD. Simplificando mucho, las pantallas LCDs se fundamentan en moléculas orgánicas de cristal líquido que rotan al ser activadas por una corriente eléctrica y, por tanto, dejan pasar la luz emitida en el fondo, la transmiten en parte o no la dejan pasar.

Jugando con ternas de rojo/verde/azul y diferentes rotaciones-polarizaciones, se obtienen todos los colores y luminosidades de las pantallas de ordenador actuales.

Pixel Qi usa LCDs avanzandas que son biestables y que no están obligadas a funcionar siempre controlando la luz emitida desde el fondo (y, por tanto, consumiendo electricidad) como en el LCD convencional sino que tienen un modo reflectivo estable que consume muy poco, del orden de diez veces menos que una pantalla normal (pero aún por encima del papel electrónico cataforésico). En este modo, no hay iluminación posterior y se permite que la rotación de las moléculas se “congele” en una posición concreta sin necesidad de continuar alimentándolas. La luz que vemos es entonces la que llega del ambiente y se refleja en el fondo, no una luz especialmente emitida para la ocasión.

Este modo reflexivo es el que puede leerse en condiciones difíciles de iluminación y presenta una resolución bastante mejorada (en la imagen siguiente puede verse a la izquierda una pantalla Pixel Qi con bastante mejor legibilidad que la del e-ink convencional a la derecha).

Mi opinión es que será la primera técnica que saldrá al mercado industrialmente pero tampoco será una tecnología con largo recorrido para libros electrónicos ya que la técnica OLED puede superarla. Pero podrá tener un nicho en pantallas de ordenadores.

OLED

OLED (Organic Light-Emitting Diode ) es un desarrollo de la tecnología LCD antes señalada pero, en este caso, cada molécula de cristal líquido emite su propia luz en vez de bloquear o no la que emite un sustrato inferior.

Al hacerlo así no es necesario emitir en toda la superficie y bloquear la luz aquí y allá desperdiciándose aquella que se bloquea. Por el contrario, se activan sólo las zonas que deben hacerlo y en la cantidad necesaria. El consumo disminuye de manera importante y las baterías duran más tiempo. Por otro lado, el que cada elemento emita su propia luz y no debe tener el sustrato emisor inferior tiene varias ventajas como que estas pantallas son más delgadas y flexibles, presenten un rango de contrastes y brillos más dinámico y permitan un mayor ángulo de visión. El problema habitual de estas pantallas es que los compuestos orgánicos se degradan con el tiempo por exposición al calor, a la luz excesiva o a la radiación ultravioleta (como, por otro lado, también ocurre con las pantallas LCD normales) y pueden perder su estructura espontáneamente

DLP

De manera parecida al electrowetting, se puede cambiar la forma en que la luz reflejada es transmitida mediante espejos minúsculos que giran ligeramente para reflejar más o menos luz. Un espejo situado perpendicular a la luz mostrará un brillante punto blanco. Uno girado 90º no reflejará la luz y el punto será negro. Girado a medio camino mostrará un gris.

Desde finales de los años 80 existe un chip microelectrónico (DLP) que empaqueta varios millones de espejos de semiconductor en un tamaño diminuto. Cada uno de ellos tiene unas dimensiones de micras y puede girar sobre un gozne al ser activado por un electrodo. Así, cada uno de ellos es un píxel que mostrará un color y que puede ser activado varios miles de veces por segundo. El consumo es muy reducido ya que son elementos diminutos y semiconductores.

E-plastic

Un desarrollo de

Plastic Logic que es un papel electrónico parecido al resto pero más delgado (unos 3 mm que con la carcasa se convierten en 7 mm) y flexible, con algunas características mejoradas de refresco y reflectividad. Desde mi punto de vista, demasiado parecido a la tinta electrónica convencional para que marque una tendencia.
El nuevo lector que Plastic Logic va a sacar al mercado este año recurre a un truco ingenioso para mejorar el tiempo de refresco y es actualizar sólo la zona que, por ejemplo, se ha modificado con una anotación, sin cambiar la página entera.

Papel extrafino

Un desarrollo de LG parecido al anterior pero con la particularidad de que la lámina cataforésica se reduce a 0.3 mm de modo que la apariencia de papel es muy considerable. Sin embargo, no hay datos del tiempo de refresco y todo parece indicar que este será alto.

El software

Si hay importantes cambios a la vista en el hardware, más aún en el software. La maquetación actual es un e-book es, siendo generosos, pobre. La mayoría a una columna, tipos poco definidos, maquetación escasa. Una vez que el hardware lo permita (por rapidez, por permitir color, por ofrecer suficiente resolución) habrá una explosión de programas que exploten esas características.

Sin mencionar que tarde o temprano deberá consensuarse un estándar de formato que, probablemente, no será ninguno de los actuales para enojo- una vez más- de los usuarios que no podrán leer sus contenidos actuales.

¿Y qué queda por hacer?

Muchísimo.

Todas estas técnicas van a ser, sin duda, sólo un paso intermedio más hasta conseguir el papel electrónico del futuro que yo auguro será lo más parecido al papel actual. Porque el papel actual es un gran invento. Si fuera reprogramable, es decir una hoja pudiera borrarse y reescribirse continuamente, no tendría parangón. Por eso creo que el papel electrónico del futuro será “casi” papel actual. Similar tacto, similares características organoléctricas, similares sensaciones, plegable, enrollable, barato de fabricar, sin consumo (quizá, como mucho, recargable por la propia luz ambiente), escribible sobre el mismo con un estilete,… casi papel de toda la vida… pero reprogramable. Es decir, “mucho paper y poco e”. Falta mucho para conseguirlo, a pesar de la propaganda. Pero en eso estamos. Todo es cuestión de tiempo.