Tecnología de visualización: qué hay detrás del cristal

Una introducción a las diferentes tecnologías de visualización vistas en el CES de este año

LAS VEGAS —La edición de este año de CES fue muy diferente a la de hace un cuarto de siglo. En aquel entonces, los televisores apenas se estaban liberando de los tubos de rayos catódicos (CRT) de baja resolución a medida que la televisión de alta definición estaba dando sus primeros pasos. Una pantalla de alta resolución de 50 pulgadas en 1998 contenía solo 1280 x 768 píxeles (Wide XGA) y costaba tanto como un automóvil. Los televisores de retroproyección recién estaban cambiando a moduladores de luz de estado sólido. Y los televisores de pantalla de cristal líquido (LCD) ni siquiera estaban disponibles: los televisores de pantalla plana más grandes usaban costosos paneles de pantalla de plasma (PDP).

Hoy, todas esas tecnologías (y algunos de sus fabricantes) son recuerdos lejanos que se desvanecen. Hemos tenido televisores 4K durante más de una década, mientras que los televisores 8K aparecieron hace cinco años. La tecnología LCD gobierna hoy en día, y el tamaño promedio de la pantalla de TV es de aproximadamente 55 pulgadas en diagonal y aumenta lentamente. Las pantallas de diodos orgánicos emisores de luz (OLED) han suplantado al plasma en calidad de imagen, pero con un consumo de energía mucho menor.

Pero hay otros contendientes: Mini y microLED, puntos cuánticos y QD-OLED están llegando a los televisores y monitores de computadora. Cuáles son las diferencias entre ellos? ¿Reemplazarán o dejarán obsoletas las pantallas disponibles actualmente? sigue leyendo…

Pantallas y mejoras de cristal líquido Los grandes paneles LCD no tardaron en convertirse en la solución preferida para los televisores grandes después de su introducción hace 20 años. Esos modelos originales han evolucionado desde diseños pesados ​​y voluminosos que utilizan retroiluminación de lámparas fluorescentes para modular miles de diminutos píxeles que bloquean la luz, hasta elegantes carcasas repletas de retroiluminación de diodos emisores de luz (LED). Con el tiempo, la cantidad de píxeles ha seguido creciendo a medida que los precios minoristas caen con una mayor eficiencia de fabricación.

El debut del video de alto rango dinámico (HDR) obligó a realizar más cambios de diseño. Dada la gran ineficiencia de los paneles de imágenes LCD (solo el 5% de la iluminación de la luz de fondo llega al frente de la pantalla), se necesitaban otras soluciones para aumentar los niveles de brillo. Un enfoque fue agregar una capa delgada de puntos cuánticos, pequeñas partículas metálicas que absorben la luz azul de los LED y la vuelven a emitir como luz roja y verde de mayor intensidad (de ahí el efecto de conversión de energía cuántica).

Los televisores con una "Q" en los nombres de sus modelos (como los televisores QLED de Samsung) usan puntos cuánticos (QD) para producir imágenes de alto rango dinámico. Estas pantallas todavía están paralizadas por la ineficiencia de transmisión de luz de las pantallas LCD, pero ahora pueden bombear niveles de luminancia en el rango de 1200 a 1500 candelas por metro cuadrado (cd/m2). TCL también fabrica televisores LCD con capas de mejora de puntos cuánticos. Los televisores LCD equipados con puntos cuánticos tienen un precio más alto que los modelos LCD convencionales.

Hay otra forma de lograr imágenes HDR empaquetando más "mini" LED en un área más pequeña y cambiando sus niveles de luz al mismo ritmo que los niveles de luminancia en el contenido de video, un proceso conocido como atenuación de área local. Sony y Hisense (ULED) utilizan este enfoque en lugar de QD. El desafío consiste en minimizar el sangrado de la luz LED en los píxeles adyacentes, creando lo que parece un efecto de halo alrededor del texto y los objetos brillantes.

Solucionar ese problema requiere algunos cambios estructurales adicionales en cada píxel, así como técnicas especializadas de modulación de la luz. Pero hay otro problema que se avecina: los televisores que usan grandes matrices de miniLED para la atenuación del área local consumen mucha energía, y las regulaciones pendientes de la Unión Europea sobre conservación de energía pueden impedir que estos modelos salgan al mercado.

Pantallas de diodos orgánicos emisores de luz Los OLED han estado en desarrollo durante décadas, pero parecía que nunca podrían cruzar la línea de meta. Difíciles de fabricar, eran susceptibles a la humedad y al envejecimiento diferencial de los colores. Y no podrías forzarlos demasiado, ya que se quemarían rápidamente.

Los OLED emiten diferentes colores de luz cuando se aplica un voltaje bajo a través de una unión de compuestos orgánicos. Esos colores son saturados y brillantes, y las pantallas OLED exhiben un alto contraste, negros profundos y amplios ángulos de visión. A diferencia de los paneles LCD, los OLED son muy delgados y pueden doblarse y deformarse. Estas últimas propiedades han hecho posible ofrecer teléfonos inteligentes y tabletas plegables, sin mencionar los letreros digitales que se pueden envolver alrededor de postes, edificios, automóviles y otros objetos.

Hay dos tipos de pantallas OLED de uso generalizado en la actualidad. Para los televisores, los paneles OLED blancos con filtros de color (WOLED) dominan el mercado. (El color blanco en las pantallas RGBW es generado por un compuesto de químicos orgánicos azules y amarillos). LG Display es la fuente de todos los paneles WOLED utilizados en los televisores OLED, sin importar la marca que vea en el bisel. La tecnología subyacente utiliza una franja de píxeles RGBW para producir altos niveles de luminancia (hasta 1000 cd/m2 con una ventana blanca completa del 10 %). Los televisores WOLED están disponibles en tamaños de 42 pulgadas a 97 pulgadas.

El segundo tipo de pantalla OLED, que se utiliza en productos más pequeños como los teléfonos inteligentes, tiene emisores discretos de rojo, verde y azul (franja RGB). Varias empresas fabrican OLED RGB, entre ellas OLED de Japón, Samsung Display y los fabricantes chinos AUO y BOE. Si bien los OLED RGB pueden alcanzar niveles de luminancia máxima similares a los de los WOLED, la pantalla OLED RGB más grande disponible actualmente es un monitor de escritorio de 32 pulgadas.

El desafío para los OLED RGBW y RGB es el momento de alcanzar la mitad del brillo de los materiales orgánicos azules. (Un problema similar afectó a los fósforos azules en los tubos de imagen de TV a color y las pantallas de plasma). Se han ideado algunas soluciones inteligentes para superar este problema, como el uso de múltiples emisores azules, cada uno funcionando con un brillo reducido. Una forma de obtener más luminosidad de una pantalla OLED es emplear conjuntos de microlentes en cada píxel, colimando la luz y dirigiendo más a la pantalla. LG implementa actualmente esta técnica en su última serie de televisores Evo OLED.

Híbridos QD-OLED Una nueva e inteligente tecnología de pantalla híbrida combina una pila de emisores OLED azules con puntos cuánticos rojos y verdes. Este híbrido QD-OLED fue lanzado por Samsung Display el año pasado en CES en tamaños de pantalla de 55 y 65 pulgadas y se unió a un televisor de 77 pulgadas en la feria de este año (Samsung y Sony venden modelos QD-OLED). Los televisores QD-OLED tienen precios más altos que los televisores LCD convencionales y tienen un precio similar al de los equipos equipados con puntos cuánticos y los televisores WOLED.

La gran ventaja del QD-OLED es la simplicidad de las capas de imágenes (cuatro en total) en el panel de visualización. Como pantalla emisiva, también exhibe un excelente rendimiento de contraste, niveles de negros profundos, alta saturación de color y un amplio ángulo de visión. El emisor OLED azul es en realidad una pila de OLED azules más pequeños, cada uno funcionando a potencia reducida para prolongar su vida útil. El resto de la potencia proviene de los puntos cuánticos, con Samsung Display reclamando una luminancia máxima de 2000 cd/m2 para los modelos 2023. ¡Piense en el QD-OLED como un WOLED turboalimentado o un OLED RGB!

Pantallas MicroLED Los fabricantes de pantallas ahora están creando prototipos de televisores compuestos únicamente por pequeños emisores de LED rojos, verdes y azules. Estas pantallas LED "micro" también se pueden usar en una amplia gama de productos de visualización, desde relojes y teléfonos inteligentes hasta tabletas, monitores de computadora y aplicaciones de transporte. Para que esto suceda, se requieren altos rendimientos de fabricación de chips microLED a un costo razonable, lo que hasta ahora ha demostrado ser una tarea difícil.

Las ventajas de las pantallas microLED están en la simplicidad y la calidad de imagen. En lugar de las múltiples capas de polarizadores, luces de fondo y filtros de color que absorben la luz en una pantalla LCD, solo hay una serie de emisores LED y transistores para encenderlos y apagarlos. Dado que los microLED son pantallas emisivas, no hay problemas con los niveles de negro y el aplanamiento del contraste cuando se ven en ángulos amplios. Y son bastante brillantes a 1500 cd/m2, aunque pueden alcanzar fácilmente niveles máximos que superan los 2000 cd/m2.

Aunque varias empresas están investigando y desarrollando pantallas microLED, actualmente solo Samsung ofrece modelos para los consumidores. En CES, presentaron un modelo Ultra HD de 76 pulgadas para complementar las ofertas anteriores de 89, 101 y 110 pulgadas. El principal punto de venta del Micro LED CX de 76 pulgadas es que puede ser instalado por el usuario final. Sin embargo, dado el alto precio del modelo de 89 pulgadas presentado anteriormente (alrededor de $ 80,000), por ahora será un televisor ultra premium de alta gama.

Aun así, muchos analistas de pantallas predicen que las pantallas microLED probablemente reemplazarán a todas las demás tecnologías de pantalla para fines de esta década, si se pueden reducir los costos de fabricación y lograr altos rendimientos. Y lo más probable es que suceda. Recuerde que los primeros televisores de plasma venían con etiquetas de precio de cinco cifras, pero en 2010 costaban mucho menos de $ 1K. ¡Y los primeros monitores 4K (no televisores) vendidos en América del Norte en 2012 tenían un precio de más de $20,000! Hoy en día, puede comprar un Ultra HDTV "inteligente" de 65 pulgadas por tan solo $ 400 en oferta.

Mirando hacia el futuroDada la popularidad de los televisores WOLED, verá que más empresas como Toshiba y Sharp los ofrecen en 2023. Los televisores LCD seguirán siendo la oferta de televisores más económica, mientras que los modelos equipados con QD están bajando lentamente de precio para seguir el ritmo de los OLED.

En cuanto a los televisores microLED, bueno, si tienes ochenta mil por ahí...

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Pete Putman, CTS, KT2B, es el presidente de ROAM Consulting.

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