Como la mayoría de las tecnologías de hace décadas, las pantallas de cristal líquido (LCD) tuvieron un comienzo bastante poco glamoroso. Las primeras pantallas LCD que surgieron, a fines de la década de 1960, se encargaban de transmitir números individuales en relojes digitales y calculadoras de bolsillo. Los ingenieros tardarían casi 20 años en transformar las pantallas LCD de matrices unidimensionales en pantallas bidimensionales de matriz activa. Y se necesitaría otra docena para hacer realidad el sueño de los primeros fabricantes de LCD: una pantalla montable en la pared que pudiera rivalizar con la televisión de tubo de rayos catódicos.
Desde entonces, la pantalla LCD se ha perfeccionado constantemente para generar imágenes cada vez más nítidas, brillantes y, en general, más agradables. Si bien diferentes empresas han dado su propio giro a la apariencia y el funcionamiento de las pantallas LCD, los principios son en gran medida los mismos en todos los ámbitos.
Un panel de LED blancos sirve como fuente de luz para la generación de imágenes. Esta luz contiene un amplio espectro de longitudes de onda, incluidos todos los colores en los rangos visible e infrarrojo cercano (Figura 1 (a)). Cada píxel dentro de una pantalla LCD contiene tres filtros de color que permiten que la luz roja, azul o verde llegue al ojo del espectador. Cuando estos subpíxeles permiten que pasen todas las luces de fondo LED, el píxel completo aparece en blanco. Cuando los subpíxeles bloquean todas las luces de fondo, el píxel aparece negro. El truco para generar diferentes colores es modular la intensidad de la luz que permite que pase cada subpíxel.
Ahí es donde entran los cristales líquidos.
Imagen: StackSocial
Los cristales líquidos son, literalmente, una sustancia formada por cristales que se comportan colectivamente como un líquido. Imagina cada cristal como un pequeño grano de arroz. Al esparcir estos granos en una capa delgada, algunos granos estarán orientados verticalmente, algunos orientados horizontalmente y todos los demás orientados a lo largo de algún ángulo intermedio. Resulta que esto lo convierte en un gran filtro de luz.
Intercalada entre dos polarizadores, una película de cristal líquido puede permitir que la luz con valores de intensidad que van de 0 a 255 pase a través de los subpíxeles individuales en una pantalla LCD. Eso es posible gracias a un campo eléctrico que altera la orientación de los cristales en la película. Debido a que la intensidad de la luz que penetra en cada subpíxel se puede alterar individualmente (y cada combinación distinta de intensidad de luz representa un color único), una pantalla LCD estándar puede producir alrededor de 16 millones (256 x 256 x 256) colores diferentes.
Eso significa que las pantallas LCD proyectan una amplia red en toda la gama de colores visibles para el ojo humano, o lo que se conoce como la gama de colores.
Pero hay un límite en la medida en que las pantallas LCD tradicionales pueden estirar esa red de colores. Y se debe a su retroiluminación LED. Porque, en última instancia, la salida de una pantalla es tan vívida como su fuente de luz y, a pesar de ser de amplio espectro, los LED blancos en una pantalla LCD producen una luz bastante difusa que debe pasar a través de varios filtros. En general, eso hace que la calidad de imagen sea subóptima.
Entonces, ¿cómo están lidiando los fabricantes de LCD modernos con este problema? Simplemente bAgregando un ajuste de tamaño cuántico al sistema de retroiluminación tradicional.
En lugar de una sola capa de LED blancos, la retroiluminación de las pantallas LCD de próxima generación se deconstruye en dos capas: un panel de LED que brillan con luz azul y una película de polímero de puntos cuánticos (QD) que convierte esa luz en luz roja y verde ( Figura 1 (b)). A diferencia de la amalgama de luz azul, roja y verde difusa emitida por un LED completamente blanco, este sistema deconstruido produce luz de alta intensidad de cada longitud de onda. Debido a la luz de alta pureza generada por los QD, estos LCD de próxima generación pueden producir alrededor de 25 millones de colores, aproximadamente un 50% más que un LCD convencional (Figura 2). Esto es el resultado de una mayor cobertura de la gama de colores de la pantalla LCD QD que la pantalla LCD estándar en el espacio del diagrama de cromaticidad CIE (Figura 1 (c)). Mientras que la pantalla LCD estándar puede cubrir hasta un 70-75% del estándar de color Rec2020, QD LCD puede alcanzar hasta un 85% del estándar de color [1]. Eso se traduce en una cobertura más amplia de la gama de colores, mayor contraste y una imagen más brillante, todo con menos energía. [2].
Figura 1. Esquema de LCD: a) convencional, b) con puntos cuánticos, c) cobertura de la gama de colores de los LCD
Figura 2. Imágenes de pantallas LCD convencionales (izquierda) y de puntos cuánticos (derecha) [2]
Los puntos cuánticos que se utilizan comúnmente en las pantallas LCD QD de hoy en día están hechos de seleniuro de cadmio (CdSe) y fosfuro de indio (InP). QUANTUM SOLUTIONS está desarrollando actualmente una nueva clase de QD para aplicaciones de visualización hechas de materiales de puntos cuánticos de perovskita.
“Perovskita” se refiere a una estructura cristalina con la fórmula ABX3. La estructura se compone de cuatro octaedros que contienen un halógeno (p. Ej., Cloro, bromo o yodo) en sus vértices y un metal de transición (p. Ej., Plomo o estañolenio) en su centro. En el centro de los cuatro octaedros hay un ionátomo de cesio o un formamidinio orgánico. [CH(NH2)2+] o metilamonio [CH3NH3+] molécula [4].
Las perovskitas están generando un gran interés en el mundo de la energía fotovoltaica debido a su combinación de amplia absorción, una gran capacidad para transportar portadores de carga, alta tolerabilidad a defectos y facilidad de fabricación.
Los QD que poseen una estructura de perovskita Los QD de perovskita ofrecen mayor eficiencia y pureza de color que sus contrapartes CdSe e InP y podrían representar el futuro de la tecnología LCD. Se promete que la tecnología ofrecerá entre el 80 y el 95% de la cobertura de la gama de colores estándar Rec2020, más que cualquier otra tecnología de puntos cuánticos. QUANTUM SOLUTIONS está desarrollando QD y películas de perovskita para aplicaciones de pantallas LCD y espera presentar pronto un prototipo de LCD basado en perovskita QD.
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