La Física Cuántica llega a las pantallas LED

La física cuántica es la rama de la física que estudia el comportamiento de la materia cuando sus dimensiones son tan pequeñas, en torno a 1,000 átomos. Es cuando empiezan a notarse comportamientos de los átomos que comparados con la física clásica que ya conocemos pueden parecer paradójicos o increíbles. Uno de los pilares de esta teoría es que las partículas intercambian energía en múltiplos de una unidad mínima denominada quantum (cuanto) de energía. Así pues, si cada descubrimiento nos trae una generación de aplicaciones tecnológicas que cambian radicalmente nuestro estilo de vida, como el fuego, la televisión, el Internet, el láser, las comunicaciones inalámbricas, etc., parece ser ahora el turno de los nanocristales. Por ejemplo, las nanopartículas de plata son conocidas por ser muy efectivas contra los microbios, mientras que otro tipo de estos pueden formar parte de bloques para nanomateriales estructurados. Los nanocristales tienen también un enorme potencial en electrónica-óptica debido a su capacidad de cambiar la longitud de onda de la luz.

Antes de profundizar, recordemos en que consiste la ciencia detrás de las pantallas LED. Todos los televisores LED son LCD con un panel posterior formado por diodos LED. La iluminación OLED, una versión mejorada del anterior, funciona mediante diodos orgánicos de emisión de luz (Organic Light-Emitting Diode) generando y emitiendo luz por sí mismos. En resultados prácticos visuales, los LED LCD no llegan a superar a OLED en los niveles de negro, pero sí superan a los OLED en el brillo máximo.

Ahora, ¿qué son los Quantum Dots (“Puntos Cuánticos”)?

Pues bien, son nanocristales o partículas con estructura cristalina de materiales semiconductores que se han desarrollado desde los años 90, su tamaño es inferior a 100 nanómetros (de ahí la parte “nano”); es decir, la mil millonésima parte de un metro (1 nm = 0.000,000,001 m). Toman una forma cercana a la esfera que reduce la tensión superficial y le da estabilidad. Su estructura les permite modificar la longitud de onda de la luz, o sea su color, dependiendo de su tamaño: los cristales más pequeños van a tender hacia un color y cristales más grandes hacia otro; para ser más precisos, para conseguir el rojo el tamaño de los Quantum Dots es de unos 6 nm, y para el verde, de unos 3 nm.

¿Qué ventajas tienen las pantallas de Quantum Dots sobre las OLED?

Para empezar, las pantallas OLED son más difíciles de producir y solo 3 empresas (principalmente) lo hacen: Samsung, LG y Panasonic. Los páneles OLED son sensibles a la humedad y a la oxidación, las de QDs además ofrecen mejores ángulos de visión, son aplicables sobre sustratos flexibles (para las futuras pantallas enrollables) y de fabricación más fácil y barata. Añadido a esto ofrecen una gama cromática más amplia (mayor contraste) e iluminación con 30% menos de gasto y 100 veces más brillante que la retroiluminación LED tradicional.

¿Cómo funcionan las pantallas de “Puntos Cuánticos”

En las pantallas LED, la luz blanca de la capa de retroiluminación pasa a través de polarizadores, filtros y una guía de luz que llega a la capa LCD, donde los cristales bloquean o dejan pasar la luz. De ahí, los fotones pasan por el filtro de color de luz, pasan por un segundo polarizador y salen a nuestros ojos. Las pantallas a base de Quantum Dots utilizan retroiluminación de LEDS de luz azul pura en vez de blanca, cuya longitud modifican los nanocristales para emitir luces azul, roja y verde puras. Con ello se requieren de menos capas esenciales de filtros obteniendo colores más saturados.

Ventajas añadidas a los Quantum Dots por Samsung

Una gran desventaja es que los nanocristales de estas televisiones son fabricados con cadmio y selenio. Dado que el cadmio (Cd) es un compuesto potencialmente nocivo para la salud, Samsung entre otros ha apostado por la eliminación del elemento en la elaboración de sus componentes sintéticos. Se han desarrollado patentes como el encapsulado y compuestos alternativos basados en elementos como el Indio (In) para su elaboración. También ha desarrollado un sistema de protección de cuatro capas (Quad Layer) para los QDs de tal manera que no son susceptibles de recibir humedad y ha presentado una tecnología aplicada tanto a su gama OLED como a los televisores SUHD basados en QDs que ha denominado Ultra Black (ultra negro), tomada de la estructura ocular de las polillas que impide el reflejo de la luz. En una pantalla LED LCD con una controladora de 8 bits (REC. 709) tenemos suficiente rango para manejar unos 16 millones de tonalidades, que entran dentro de lo posible para la tecnología LED tradicional. En las pantallas de QDs, Samsung cuenta con controladoras de 10 bits (REC.2020) capaces de manejar hasta 1,000 millones de colores independientes.

OLED es historia, ahora: QLED

Este año 2017 sube el nivel con las reciente tecnología QLED, que cambia la denominación SUHD que usó para esta tecnología el año pasado. Especialmente en el caso de Samsung, QLED puede llegar a confundirse con OLED, pero en realidad son una mejora de los nanocristales que llegaron en 2015 al mercado.