¿Cómo se inventó la pantalla de cristal líquido? Historia de la evolución de la tecnología de visualización en pantalla

Todos los días, vemos contenido en streaming a través de las pantallas de dispositivos como televisores, computadoras y teléfonos móviles. Con el continuo desarrollo y actualización de los dispositivos de hardware y la tecnología de transmisión de medios, la tecnología de visualización en pantalla también evoluciona constantemente. Hoy, sigamos los pasos de la historia y revisemos los hitos importantes en el desarrollo de la tecnología de visualización en pantalla.

1. El advenimiento de la CRT

Los rayos catódicos fueron observados por primera vez en 1869 por los físicos alemanes Julius Plücker y Johann Wilhelm Hittorf. En 1897, el físico alemán Karl Ferdinand Braun (Braun también ganó el Premio Nobel de Física en 1909) inventó el CRT (tubo de rayos catódicos, cathode ray tube), que originalmente se llamó tubo Braun. ), una de las primeras pantallas electrónicas del mundo.

Un tubo de rayos catódicos (CRT) es un tubo de vacío especial que contiene uno o más cañones de electrones, que emiten haces de electrones que inciden sobre una pantalla fluorescente para crear una imagen. Los primeros televisores, ordenadores, cajeros automáticos, cámaras, monitores y pantallas de radar tenían tubos de rayos catódicos incorporados.

En 1907, el científico ruso Boris Rosing (quien trabajó con el inventor de la televisión Vladimir Zworykin) utilizó un tubo de rayos catódicos (TRC) para transmitir una imagen geométrica simple a una pantalla de televisión. El trabajo pionero de Rosing lo convirtió en un inventor importante en el campo de la televisión. Desde entonces, la tecnología de los TRC ha seguido evolucionando y se comercializó por primera vez en 1922. Antes de la llegada de tecnologías como LED, plasma y OLED , los TRC se utilizaban como pantallas para la mayoría de los dispositivos.

A mediados y finales del siglo XX, los tubos de rayos catódicos se usaban habitualmente en televisores y monitores de ordenador. Durante este tiempo, los fabricantes han seguido mejorando el rendimiento y la resolución. La mayoría de los monitores de ordenador de la década de 20 solo podían mostrar texto verde en una pantalla negra. En 1970, los monitores Extended Graphics Array (XGA) de IBM eran capaces de mostrar 1990 millones de colores a una resolución de 16.8 x 800 píxeles.

Un CRT a color de 14 pulgadas

2. Pantalla de plasma

En 1936, el ingeniero húngaro Kálmán Tihanyi describió este sistema de pantalla plana de plasma en su artículo. En 1964, Donald Bitzer, H. Gene Slottow y el entonces estudiante de posgrado Robert Willson de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign desarrollaron la primera pantalla de plasma monocromática para su uso en el sistema informático PLATO.

El principio de emisión de luz del plasma consiste en inyectar gas inerte o vapor de mercurio en el tubo de vidrio al vacío. Después de aplicar voltaje, el gas produce un efecto de plasma, emite rayos ultravioleta y excita el fósforo para generar luz visible. La duración del tiempo de excitación se utiliza para producir diferentes brillos. En una pantalla de plasma, cada píxel se produce mediante tres emisores de plasma de diferentes colores (primarios). Es especialmente claro y distinto porque cada iluminador individual se enciende a la vez. 

Hasta principios de la década de 2000, las pantallas de plasma eran la opción más popular para televisores de alta definición de pantalla plana de gran tamaño. Sin embargo, cabe señalar que, debido a que las pantallas de plasma son propensas a la retención de imagen y, al mismo tiempo, debido a la limitación del material y la estructura, no se pueden reducir en tamaño, por lo que no son adecuadas para computadoras, tabletas y teléfonos móviles. Esta es también la razón principal por la que las pantallas de plasma pierden en la competencia del mercado.

En 2013, fue superada por las pantallas LCD de bajo costo, que competían en calidad de pantalla con las pantallas planas OLED, más caras pero con mayor contraste. Las pantallas de plasma perdieron casi toda su participación de mercado. La producción de pantallas de plasma para el mercado minorista estadounidense finalizó en 2014, y la producción para el mercado chino finalizó en 2016.

pantalla de plasma

3. La era de las pantallas de cristal líquido (LCD)

En 1888, el botánico austríaco F·Reinetzer descubrió por accidente los cristales líquidos mientras estudiaba el benzoato de colesterol presente en las zanahorias, pero durante mucho tiempo no aportó demasiados beneficios a los seres humanos. No fue hasta la década de 1960 cuando algunos jóvenes científicos electrónicos rompieron el silencio.

En 1961, el joven erudito en electrónica George Heilmeier se preparaba para la defensa de su tesis doctoral en el laboratorio de Princeton de la RCA Corporation en Estados Unidos. Su especialidad eran los componentes sólidos de microondas, área en la que era muy competente.

Un día, un amigo le habló de sus investigaciones actuales sobre semiconductores orgánicos y los temas interdisciplinarios despertaron su gran interés. Buscó el consejo de su tutor y, con el apoyo y el estímulo de éste, abandonó decididamente el ámbito profesional en el que había aprendido mucho y se adentró en un nuevo campo del que aún sabía poco. Aplicó sus conocimientos de electrónica a la química orgánica y rápidamente obtuvo resultados.

Pronto se interesó en otro tema nuevo, el láser, y así se familiarizó de nuevo con los cristales. Para estudiar el efecto del campo eléctrico externo en el campo eléctrico interno del cristal, pensó en los cristales líquidos. Colocó un cristal líquido nemático dopado con colorante entre dos vidrios conductores transparentes. Cuando se aplica un voltaje de varios voltios a ambos lados de la capa de cristal líquido, esta cambia de rojo a transparente. Nacido en la electrónica, se dio cuenta de inmediato de que se trataba de un televisor de pantalla plana en color. Los miembros del equipo se entusiasmaron y él comenzó de inmediato a investigar día y noche, y descubrieron sucesivamente una serie de efectos electroópticos de los cristales líquidos, como la dispersión dinámica y la transición de fase de los cristales líquidos. Y desarrollaron con éxito una serie de dispositivos de visualización digital y de caracteres, así como relojes con pantalla de cristal líquido, pantallas de puente y otros productos prácticos.

La estructura de la pantalla LCD consiste en colocar una celda de cristal líquido entre dos sustratos de vidrio paralelos. Un transistor de película delgada (TFT) se ubica en el sustrato inferior, y un filtro de color se coloca en el sustrato superior. Al girar la celda, se controla si la luz polarizada de cada píxel se emite o no, logrando así el efecto de visualización deseado.

RCA Corporation concede una gran importancia a sus investigaciones y siempre las ha clasificado como un importante proyecto confidencial de la empresa. No fue hasta 1968 que informó al mundo en un informe de radiodifusión de los últimos logros científicos y tecnológicos. Este informe atrajo inmediatamente la atención de los círculos científicos y tecnológicos e industriales japoneses. Japón combinó los circuitos integrados a gran escala y los cristales líquidos que estaban surgiendo en ese momento y tomó el mercado de la "electrónica personal" como guía, desarrolló rápidamente una serie de productos comerciales, abrió la situación práctica de las pantallas de cristal líquido y tomó la iniciativa, lo que dio como resultado este impulso contribuyó al asombroso crecimiento de la industria microelectrónica japonesa.

En Estados Unidos, los líderes de algunos departamentos de producción de la empresa RCA, por un lado, se limitan a los productos semiconductores tradicionales, por otro lado, enfatizan demasiado las deficiencias de los dispositivos de pantalla de cristal líquido incipientes y hacen todo lo posible por destruir los dispositivos de pantalla de cristal líquido con el pretexto de que el mercado aún no se ha desarrollado. industrialización. Por esta razón, los miembros del equipo de "cristal líquido" comenzaron a salir, y también se vendió la patente de "pantalla de cristal líquido". Se dice que a mediados de la década de 1970, cuando la pantalla de cristal líquido había formado una industria, la empresa RCA concluyó tristemente en una reunión de la junta directiva que la pérdida de la tecnología de pantalla de cristal líquido en la historia del desarrollo centenario de RCA fue un gran error.

Si bien las pantallas de cristal líquido existen desde la década de 1970 (se encuentran comúnmente en calculadoras, relojes, relojes de pared y varios electrodomésticos), no se generalizaron hasta la década de 1990. Debido a su bajo consumo de energía, tamaño pequeño y peso ligero, se utilizan ampliamente en computadoras portátiles. A medida que la tecnología LCD continúa mejorando, el uso de pantallas LCD en computadoras y televisores se está volviendo cada vez más popular. En 2007, los televisores LCD superaron las ventas de televisores CRT en todo el mundo por primera vez.

4. De LED a OLED

En 1962, el ingeniero de General Electric, Nick Holonyack, inventó el primer LED de luz visible del mundo. De 1962 a 1968, Howard C. Borden y Gerald P. Pighini, de Hewlett-Packard Company, dirigieron el trabajo de investigación y desarrollo de LED. En febrero de 1969, presentaron la calculadora HP modelo 5082-7000, el primer dispositivo LED que utilizaba tecnología de circuito integrado, y la primera pantalla LED inteligente del mundo. La comercialización de LED por parte de HP desencadenó una revolución en la tecnología de pantallas digitales y sentó las bases para el desarrollo posterior de la tecnología de pantallas LED.

LED es la abreviatura de Light Emitting Diodes, es decir, "diodo emisor de luz", en sentido estricto, también es un tipo de LCD (Liquid Crystal Display). La CCFL (lámpara fluorescente de cátodo frío, lámpara fluorescente de cátodo frío, etc.) tradicional como fuente de retroiluminación del dispositivo LCD solo puede iluminar toda la pantalla de manera uniforme y no puede cambiar la intensidad de la iluminación. En comparación con las CCFL, los dispositivos LCD con retroiluminación LED pueden utilizar atenuación local, lo que da como resultado un mejor contraste y pantallas más vívidas a la vez que consumen menos energía.

La mayoría de las pantallas LCD de teléfonos inteligentes y tabletas utilizan LED debido a su versatilidad y menor peso.

En 1987, basándose en investigaciones previas, dos químicos de Eastman Kodak, Deng Qingyun y Steven Van Slyke, desarrollaron conjuntamente el primer dispositivo OLED práctico.

OLED (diodo orgánico emisor de luz) , también conocido como "pantalla electroluminiscente orgánica" . Un OLED es un dispositivo que utiliza una estructura de película delgada orgánica multicapa para generar electroluminiscencia, la cual emite luz brillante al aplicarle una corriente eléctrica. A diferencia de las pantallas LCD, los OLED no requieren retroiluminación, pueden usar un sustrato emisor más ligero (en lugar de los sustratos de vidrio que usan las pantallas LCD y LED) y ofrecen ángulos de visión más amplios y una respuesta más rápida.

La aparición de la tecnología OLED supone un gran avance para la electroluminiscencia. En comparación con los LED, los OLED son más delgados, ligeros y flexibles, y se utilizan habitualmente en pantallas de televisión, monitores de ordenador y dispositivos como teléfonos inteligentes, relojes inteligentes y consolas de videojuegos portátiles.

Desde que el iPhone X comenzó a utilizar pantallas OLED , estas han conquistado rápidamente el mercado mundial de terminales, con la aparición sucesiva de pantallas completas, plegables y flexibles, lo que ha impulsado en gran medida el desarrollo de la tecnología de visualización.

5. La invención del papel electrónico

En la década de 1970, Nick Sheridon de Xerox Parc desarrolló el primer papel electrónico del mundo: Gyricon.

El papel electrónico es una película fina recubierta de tinta electrónica, un material líquido en el que se encuentran suspendidas cientos de microcápsulas del diámetro de un cabello humano, cada una de las cuales está compuesta por partículas con carga positiva y negativa. Cuando se aplica un campo eléctrico positivo o negativo a un solo electrodo, las partículas de color con una carga correspondiente se desplazan hacia la parte superior o inferior de la cápsula, lo que le da a la superficie de la pantalla del papel electrónico un color determinado.

Al igual que el OLED, el papel electrónico emite luz visible conservando el brillo del "papel".

Aunque el papel electrónico se desarrolló en la década de 1970, no se popularizó hasta principios de la década de 2000. Su uso más extendido son los lectores electrónicos, como el Kindle, BOOX, etc. Entre otras cosas, se utiliza en etiquetas de precios electrónicas, señalización digital y algunas pantallas de teléfonos inteligentes.

El papel electrónico

6. tecnología DLP

DLP (Digital Light Processing) es la abreviatura de procesamiento digital de luz. Su principio de funcionamiento es procesar digitalmente la señal de imagen y luego proyectarla a través de la luz. Esta tecnología tiene una fidelidad de imagen extremadamente alta y puede proyectar una imagen de color clara, brillante y vívida, que se utiliza principalmente en sistemas de proyectores.

En el corazón de la tecnología DLP se encuentra un semiconductor óptico llamado dispositivo de microespejos digitales (DMD), que utiliza microespejos hechos de aluminio para reflejar la luz y crear imágenes. Los DMD, a los que a menudo se denomina chips DLP, pueden contener más de 2 millones de microespejos cada uno y tienen menos de una quinta parte del ancho de un cabello humano. Los microespejos están dispuestos en una matriz (como un mosaico de fotografías) y cada microespejo representa un píxel.

La cantidad de estos microespejos corresponde a la resolución de la pantalla. La tecnología DLP 1080p ofrece más de 2 millones de píxeles para una resolución real de 1920x1080p. Ya existen en el mercado proyectores DLP 8K (que utilizan 3xDLP).

El DLP fue desarrollado originalmente en 1987 por el físico de Texas Instruments Larry Hornbeck. En 1997, Digital Projection presentó el primer proyector DLP. En 1998, tanto Texas Instruments como Digital Projection ganaron los premios Emmy de ese año por la tecnología DLP.

En comparación con los dispositivos de plasma y LCD, los dispositivos DLP son más económicos, tienen pantallas más grandes y son más delgados y livianos. Tal vez no sepa que la tecnología DLP está presente en su vida. Es común en todo tipo de proyectores (para capacitación, enseñanza), cines en casa, videowalls, sistemas de proyección a gran escala como conciertos y conferencias.

Pantalla DLP y proyector DLP

Lo anterior es un hito importante en el desarrollo de la tecnología de visualización de pantalla. El desarrollo de la tecnología de visualización implica la fusión de materiales ópticos microestructurados, fabricación avanzada, procesamiento de imágenes y otras tecnologías, que no solo mejoran la resolución de pantalla de los dispositivos, sino que también presentan vívidamente la imaginación humana. La introducción de una nueva generación de nuevas tecnologías y productos, especialmente la introducción de productos de alta tecnología contemporáneos, siempre es descubierta y completada por aquellos jóvenes que son interdisciplinarios, intersectoriales y tienen espíritu innovador y pionero. El descubrimiento de una nueva tecnología y su desarrollo real se basan en la tecnología de aplicación práctica y la demanda del mercado. La tecnología aplicada es la garantía para el desarrollo de las industrias de alta tecnología, y la demanda del mercado es la fuerza impulsora para el desarrollo de las industrias de alta tecnología. Creemos que con el desarrollo de dispositivos de hardware y el avance continuo de la tecnología, la tecnología de visualización volverá a lograr avances innovadores.