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Tecnología

La evolución de la pantalla

Los nuevos monitores FED generan imágenes de calidad con un menor gasto de energía

Cuando los consumidores brasileños apenas si acostumbraron con las finas pantallas planas de cristal líquido (LCD, sigla de liquid crystal display) utilizadas en monitores de computadoras y televisores más sofisticados, y una nueva tecnología ya está llegando. La fabricante japonesa Sony, por medio de su spin-off (empresa menor derivada de otra) Field Emission Technologies, promete lanzar en 2009 una línea de monitores basada en el sistema field emission display (FED), conocido como pantallas de emisión de campo. Esa tecnología se caracteriza por ser un tipo de panel digital con una capa de fósforo para producir luz de la misma manera que los tubos de rayos catódicos convencionales (CRT, sigla en inglés) empleados en los televisores convencionales desde hace muchos años. La también japonesa Canon igualmente ya ha mostrado interés en ese mercado y, recientemente, presentó prototipos de alta calidad en grandes ferias de tecnología. Aquí en Brasil, los estudios para el desarrollo de esas pantallas, que también podrán emplearse en ambientes externos, como outdoors, son llevados adelante por un equipo del Centro de Investigaciones Renato Archer (CenPRA), vinculado al Ministerio de Ciencia y Tecnología. Las dos principales ventajas de los FED’s en relación con las tecnologías actualmente existentes las pantallas planas de LCD y plasma y los CRT’s son su bajo consumo de energía y la superior calidad de la imagen.

A diferencia de las CRT’s, los monitores FED’s utilizan capas nanoestructuradas para emitir los electrones, que pueden ser constituidas, por ejemplo, de nanotubos de carbono cilindros nanométricos emisores de electrones a partir de las extremidades de una forma muy eficiente o por cobre. Esas capas nanoestructuradas son organizadas en la forma de matriz de pixels, que son los puntos luminosos que, yuxtapuestos, forman la imagen en la pantalla. La producción de luz ocurre de la misma manera que en los CRTs, por la incidencia de electrones sobre la capa de fósforo. La diferencia es que, al contrario de los CRT’s, que utilizan cañones de electrones basados en filamentos calentados y tubo de imagen voluminoso, los FED’s emplean finas capas de materiales diversos, que, juntas, suman como máximo 3 milímetros de espesura. El hecho de que el FED utilice nanoestructuras como emisores, en vez de filamentos calentados, ya garantiza un menor consumo de energía. Pero, además de eso, en ese tipo de display se utilizan diversos emisores de electrones por píxel de imagen, lo que, además de reducir aún más el consumo, permite la reducción de la espesura total del dispositivo, tornándolo comparable a cualquier otro monitor del tipo pantalla plana. La condición de ser delgada y también de consumir poca energía, asociada al hecho del FED tener la misma calidad de imagen de un CRT, confiere a esta tecnología un alto potencial para la ocupación del mercado mundial de displays, destaca Victor Pellegrini Mammana, jefe de la División de Mostradores de Información del CenPRA y coordinador de las investigaciones en esta área en la institución.

Muchos especialistas creen que los FEDs puedan llegar a ser la primera gran aplicación de nanotubos de carbono en el área de la electrónica, pero para que eso se torne realidad algunos desafíos tecnológicos e industriales necesitan ser vencidos. El principal de ellos es la reducción del costo de producción del equipamiento, actualmente más elevado que lo que las tecnologías competidoras. Los LCDs son hoy un sistema, y no un componente. Sus fabricantes tienen una gran cantidad de alternativas de suministradores de partes y piezas, integrando una cadena productiva ya bien madura. Por eso, cualquier nueva tecnología de display necesita tener, además de las ventajas de desempeño un costo menor, explica Mammana, autor de un proyecto Joven Investigador, de la FAPESP, intitulado Desarrollo de emisores de electrones basados en membranas. El término membranas, en este caso, se refiere a estructuras porosas formadas por multicapas de materiales conductores y aislantes, donde cada poro es un píxel de imagen.

Pantallas complementarias
A pesar de esa dificultad relacionada al costo, él cree que un fuerte indicio de la oportunidad para los FED’s en el segmento de grandes displays, a partir de 35 pulgadas, es la coexistencia de las tecnologías LCD y plasma en ese nicho de mercado. Eso muestra que las dos tecnologías son complementares en precio, consumo de energía, calidad de imagen y durabilidad, no habiendo, hasta el momento, una superior en los cuatro indicadores simultáneamente. Los displays de emisión de campo son una alternativa capaz de presentar ventajas en varios aspectos, afirma. La Canon, por ejemplo, alega que su tecnología de FED debe presentar una durabilidad próxima a 50 mil horas, equivalente a la de un monitor LCD o CRT y superior a la de las pantallas de plasma. Eso es un avance en relación a los primeros FED’s, basados en una tecnología llamada spindt, que presentaban un problema crónico de durabilidad de los emisores. Hoy el mayor problema tecnológico asociado a esa nueva tecnología es la durabilidad del fósforo y la ocurrencia de descargas eléctricas en el dispositivo. Esos dos problemas están asociados a la dificultad de mantener la calidad de vacuo dentro del display. La mayor innovación de nuestro grupo, que ya fue patentada, dice con respecto principalmente respeto principalmente a un nuevo diseño del display que favorece la calidad del vacuo.

El proyecto Joven Investigador busca justamente una forma de mantener un buen vacuo, con la presión más baja posible, en un montaje de bajo costo, dice Mammana. Ese proyecto fue direccionado para producir innovaciones para FEDs de gran área, porque él cree que es en ese segmento donde está la principal oportunidad de vencer la tecnología de cristal líquido. Los LCDs de gran área aún son muy caros y esta situación debe mantenerse así por algún tiempo. El abordaje que escogimos sigue lo que la mayoría de las empresas invirtiendo en FED está haciendo, como, por ejemplo, la Motorola y la Canon, dice Mammana. En el requisito calidad de imagen, los displays de emisión de campo tienen una actuación muy superior a las de las pantallas convencionales, ofreciendo al mismo tiempo excelente contraste de colores  el FED tiene niveles de negro muy buenos, diferentemente del LCD, que nunca queda verdaderamente negro  y velocidad de exhibición de imágenes mucho mayor.

En relación al consumo de energía, la ventaja sobre el LCD es más nítida en monitores de TV. Eso porque, a diferencia del FED, las pantallas de cristal líquido no producen luz propia, sino que emplean una lámpara trasera, normalmente fluorescente, llamada back light. En media, un LCD aprovecha solamente un 4% de la luz generada por esta lámpara en función de la cantidad de capas de materiales colocadas en el camino de la luz, que acaban por absorberla. Además de eso, cuando una pantalla de cristal líquido muestra una imagen muy oscura, buena parte de la luz está siendo perdida. El FED, al contrario, es un dispositivo power on demand, lo que significa que el consumo de energía depende del brillo de la imagen presentada, permitiendo la reducción del consumo cuando esa imagen mostrada es más oscura. Esa característica del FED es especialmente favorable para aplicación en televisores porque la programación de TV muestra imágenes sistemáticamente menos brillantes que aquellas presentadas en monitores de computador, por ejemplo.

Estudios, como el presentado por Larry Weber, presidente de la Society for Information Display, en evento del Latin Display, realizado en noviembre en la ciudad de Campinas, señalan que, en la mayor parte del tiempo, la luminancia (grandeza fotométrica asociada al brillo de la imagen) de los programas televisivos corresponde a solamente un 20% de la luminancia máxima posible. Tecnologías power on demand, como los FEDs, se benefician mucho de esa característica de la programación de TV.

Consumo menor
Además de la aplicación en monitores de televisión y de computadora, el FED también puede ser usado como back light de los monitores de LCD. Esa es una forma de usar las dos tecnologías juntas y, al mismo tiempo, intentar reducir el consumo de energía de los televisores con pantallas de cristal líquido, permitiendo inclusive contornear el problema de motion blur del LCD, que son las imágenes borradas cuando personas, animales u objetos entonces en movimiento en la tela, dice Mammana.

Además de conseguir demostrar el principio de funcionamiento de FEDs basados en membranas emisoras de luz, el equipo del CenPRA tuvo una preocupación especial en diseñar todo el proceso de forma que quede más accesible para la industria. La selección de los materiales y procesos en ese tipo de desarrollo no debe basarse exclusivamente en criterios de desempeño en laboratorio, caso contrario se llega a soluciones totalmente no factibles del punto de vista industrial y se hace difícil volver atrás después de que fue escogido un camino de proceso o un material de alto costo, dice Mammana. Tengo la convicción de que la innovación desarrollada es un elemento importante para el éxito industrial de los FEDs, resalta. Otro cuidado que el grupo tomó fue trabajar en conjunto con un suministrador local para que pudiesen adaptar el dispositivo al que podría ser producido por las fábricas ya establecidas. Sucede que la pequeña empresa que está desarrollando las membranas para nosotros (que Mammana prefiere no revelar) se impresionó con la  tecnología y decidió invertir en el desarrollo de la innovación. Estamos, incluso preparando la presentación de un proyecto para el programa Innovación Tecnológica en Pequeñas Empresas (ahora llamado Investigación Innovadora en la Pequeña y Micro Empresa Pipe), de la FAPESP. Con suerte esa empresa presentará un proceso industrial basado en nuestras  multicapas, cuya patente ya fue concedida en Estados Unidos, dice el investigador del CenPRA.

El Proyecto
Desarrollo de emisores de electrones basados en membranas

Modalidad
Programa Apoyo a Jóvenes Investigadores

Coordinador
Victor Pellegrini Mammana ? CenPRA

Inversión
233.906,25 reales y 14.300,00 dólares (FAPESP)

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