Tecnologías de Visualización: LCD, LED, OLED, Plasma y Proyectores

Regulación de Luz Transmitida con LCD

• Ciertos LCD’s orientan sus moléculas al aplicarles tensión.
• Las moléculas orientadas provocan un giro en la polarización de una luz que atraviesa el LCD.
• La cantidad de giro de la polarización depende de la tensión aplicada.
• Añadiendo filtros polarizadores, puede controlarse el giro de polarización y la regulación del nivel de luz transmitida.

LED

• Un monitor LED es en realidad un monitor LCD al que se añade tecnología LED como iluminante trasero.
• Aunque se habla de «monitores LED» y monitores LCD», en realidad ambos son LCD.
• La iluminación LED sustituye a las lámparas fluorescentes en esta nueva generación de monitores y televisores.
• La nueva tecnología LED ofrece un eficaz aprovechamiento de la luz trasera, permitiendo mayor uniformidad del brillo e incluso oscurecer zonas mejorando el nivel de negro emitido por el monitor.
• Se reduce el grosor de los monitores y disminuye un 50% el consumo eléctrico.

Monitores QDEF

• El iluminante trasero puede realizarse mediante QD (Quantum Dots).
• El QD es una estructura cristalina (nanopartículas de semiconductor de sulfuros de cadmio o zinc) que emite luz de cierta longitud de onda cuando se estimula con fotones.
• Su tamaño (entre 2 y 10 nm) es proporcional a la longitud de onda emitida.
• Dan una emisión muy estable con el tiempo y no requieren mucha potencia.
• Se implementan como QLEDS o bien como películas QDEF con millones de QDs, pudiéndose controlar el espectro del iluminante trasero, aunque sólo emiten rojos y verdes.
• Para conseguir el blanco del iluminante, hay que complementarlos con LEDs azules.
• La emisión de los primarios sigue siendo función de los filtros de color en la superficie de la pantalla a la salida de las celdas.
• Sin embargo, dado el mejor espectro del iluminante QDEF, podrían llegar a usarse filtros correspondientes a primarios que dieran mayor rango de colores reproducidos.

IPS

• IPS es una versión mejorada de los paneles LCD.
• El nombre de In‐Plane Switching proviene de la posición de las moléculas de LC en el panel IPS, que se disponen de forma paralela al plano del panel.
• A diferencia de un panel TN, un panel IPS permite que la luz de fondo pase a través suyo en su estado activo y la bloquea en su estado pasivo (cuando no se aplica voltaje), por lo que si un TFT se bloquea, el píxel correspondiente será siempre negro.
• En un IPS‐LCD la disposición de electrodos es diferente. Están en el mismo plano, en una sola placa de vidrio y generan un campo eléctrico paralelo a la placa de vidrio.
• Las moléculas de LC se alinean con su eje longitudinal paralelo al campo eléctrico aplicado.
• La principal ventaja del Panel IPS es su alto brillo y contraste para cualquier ángulo de observación.

OLED

• Es tecnología emisiva.
• OLED (Organic Light‐Emitting Diode): Diodo orgánico emisor de luz.
• Un OLED está compuesto por dos finas capas orgánicas (capa de emisión y capa de conducción), que a la vez están comprendidas entre una fina película que hace de terminal ánodo y otra igual que hace de cátodo.
• Según el material orgánico y la estructura de capas, se determina el color emitido, tiempo de vida y eficiencia energética.
• Existen OLEDs que emiten blanco, además de los que emiten rojo, verde o azul.
• Se aplica voltaje de manera que el ánodo sea positivo respecto del cátodo y haya conducción.
• El cátodo da electrones a la capa orgánica de emisión y el ánodo los sustrae de la capa orgánica de conducción (aparecen huecos).
• Las fuerzas electrostáticas atraen a los electrones y a los huecos, que se recombinan los unos con los otros, provocándose una emisión de fotones a una frecuencia visible.
• El color de la luz depende del tipo de molécula orgánica en la capa de emisión, pues esto determina la energía sobrante al recombinar.
• La intensidad o brillo de la luz depende de la cantidad de fotones emitidos, que es proporcional a la corriente eléctrica aplicada.
• Cada píxel de imagen usando OLED puede obtenerse con dos posibles estrategias:
  • 4 sub‐píxeles RGBW. El white mejora el brillo.
  • 3 sub‐píxeles OLED‐White con filtros de color R, G o B.
• Los paneles OLED pueden ser flexibles.
• Ventajas:
  • Posibilidad de emitir primarios más puros dando mayor rango de colores.
  • Mayor brillo y por tanto contraste.
  • Mayor ángulo de visión.
  • Menor consumo.

Plasma

• Cada sub‐píxel es una celda estanca que contiene un gas inerte (generalmente neón o xenón).
• Al aplicar una tensión entre los electrodos de la celda, dicho gas pasa al estado de plasma emitiendo radiación ultravioleta (UV).
• Dicha UV excita el fósforo que recubre el interior de la celda.
• Cuando el fósforo regresa a su estado energético natural, emite luz visible.
• La tecnología es emisiva.
• El fósforo puede ser el mismo que se utiliza en los monitores de Tubo de Rayos Catódicos (CRT), teniéndose los mismos primarios e igualando la colorimetría y gama de colores obtenida.
• La matriz puede ser pasiva, no usándose TFT.
• Inicialmente las ventajas frente a LCD fueron:
  • Imagen más brillante y mayor contraste.
  • Ángulo de visión muy amplio.
  • Mayor gama de colores.
  • Se pueden construir pantallas muy grandes.
• La limitación final de las pantallas de plasma es el tamaño del píxel.
• Por esta razón los PDPs no acceden al mercado de los PCs de escritorio.

Proyectores

3 tipos de graduación:

• DMD (Digital MicroMirror Devices) o array de microespejos (usado en los DLP de Texas Instruments).
• LCoS (Liquid Crystal on Silicon) o array reflexivo transmisivo de LCD. (Usado en los SXRD de Sony y en los DILA de JVC).
• GLV (Grating Light Valve) o array de rejillas moduladoras. Apenas comercializado.

Dos Soluciones para Proyectar Imágenes en Color

Un solo dispositivo (proyectores domésticos y para empresas)

• El iluminante blanco se filtra secuencialmente (con una rueda de filtros) obteniéndose consecutivamente iluminantes RGB y el dispositivo controla la reflexión secuencialmente para las señales RGB, sincronizado con la rueda de filtros.
• Por cada imagen se proyectan 3 “pantallazos” que el ojo integra temporalmente.
• El dispositivo funciona a 3x frecuencia cuadro.

Tres dispositivos (proyectores profesionales y cine digital)

• El iluminante blanco se hace llegar a los tres dispositivos a la vez (mediante “Beam‐splitter”).
• Se filtra (antes o después del dispositivo) para obtener el color de cada uno de los tres primarios.
• Cada dispositivo controla la reflexión según cada una de las tres señales RGB.
• Los tres haces reflejados vuelven a combinarse en un solo haz para su proyección a través de una lente.

Iluminantes

• Su potencia debe ser alta para que la imagen proyectada tenga suficiente brillo.
• Su espectro debe hacer posible la obtención de los primarios RGB mediante filtrado.
• Tipos:
  • Lámpara halógena y LEDs: Sólo para proyectores domésticos y de empresas.
  • Lámpara de arco de Xenón:
    • Es la preferida hasta ahora para aplicaciones profesionales de cine digital por su elevada emisión lumínica, como lo era en cine de película.
    • Demasiada temperatura con una vida variable y corta (800 a 1200 h).
    • Lámparas de hasta 7 kW que no superan los 35000 lúmenes.
  • Láser:
    • Puede combinarse la emisión de multitud de láseres para obtener un iluminante blanco y de suficiente intensidad luminosa, que luego los filtros de primarios se encargarán de separar en RGB para iluminar los dispositivos reguladores.
    • Sustituye a las lámparas de Xenon.
    • Su espectro es suficiente para luego obtener por filtrado los primarios no solo de HDTV (BT709) sino también los de Cine Digital (primarios P3).
    • Incluso permite obtener posibles primarios de mayor gama de colores (en especial mejorarían rojos profundos, cyanes y magentas).
    • El iluminante puede generarse en un equipo separado y distribuirse entre cabezas de proyección (donde están los dispositivos reguladores) mediante fibra óptica.
    • Se consiguen equipos de 70000 lúmenes que dan 14 fL en pantalla para 3D.
    • La duración es de 20000 a 30000 h.
  • Híbrido láser‐fósforo (proyectores doméstico y empresas):
    • Un array de láseres azules emite pasando por una rueda, como de filtros, que contiene un tercio transparente y los otros dos tercios con fósforo verde y rojo.
    • Al impactar en las zonas con fósforo, se emite lo del fósforo y no el láser.
    • Se obtienen los primarios RGB secuencialmente.
    • O bien un array de láseres azules emite impactando sobre una superficie de fósforo de emisión blanca.
    • Se obtiene iluminante blanco.
    • Típico entre 2000 y 4000 lúmenes.

Proyectores DLP

• Digital Light Processing "Procesamiento Digital de Lu") :
  • Es una solución tecnológica usada en proyectores y algunos televisores de proyección (retroproyectores).
  • DLP fue desarrollado originalmente por Texas Instruments, que licencia a otros fabricantes para usar esta tecnología.
  • Es ampliamente usado en Cine Digital, con modelos de hasta 4k.
  • En los proyectores DLP, la imagen la crean unos espejos microscópicos dispuestos en una matriz sobre un chip semiconductor, conocido como Digital Micromirror Device (DMD).
  • Los sistemas DLP de un sólo chip son capaces de mostrar 16,7 millones de colores, mientras que los sistemas DLP de tres chips pueden mostrar hasta 35 billones de colores.
  • Cada microespejo refleja un píxel en la imagen proyectada y por tanto hay tantos Microespejos en el chip como píxeles.
  • Estos espejos pueden oscilar rápidamente para reflejar la luz o bien a través de la lente o sobre un disipador de calor.
• Ventajas:
  • La principal ventaja de los proyectores DLP es su menor tamaño.
  • Dado que la tecnología DLP no requiere la combinación de colores ni prismas ópticos de separación, su sistema óptico es más compacto que los sistemas de LCD transmisivo.
  • Además, los chips DLP no requieren refrigeración, ya que no se ven tan afectados por el calor extremo como filtros y paneles LCD.