7.- pantallas electronicas y proyectores de video-4826

7/26/2019 7.- Pantallas Electronicas y Proyectores de Video-4826

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Dispositivos optoelectrnicos

Tema 7: Pantallas electrnicas

DISPOSITIVOS OPTOELECTRNICOS

Tema 7: PANTALLAS ELECTRNICAS

Llus Prat Vias

Escola Tcnica Superior dEnginyers de Telecomunicaci de

Barcelona (ETSETB)

Universitat Politcnica de Catalunya


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7.- Pantallas electrnicas

7.1.- Del disco de Nipkow a la television electrnica

7.2.- El tubo de rayos catdicos

7.3.- Pantallas de plasma

7.4.- Pantallas de cristal lquido LCD

7.5.- Pantallas OLED

7.6.-Videoproyectores


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UN NUEVO SUEO: REGISTRAR Y REPRODUCIR EL MOVIMIENTO

1834: George Horner crea el Zootropo un juguete pticopara producir imgenes en movimiento.

1876: El francs E. Reynaud crea el praxisnoscopi, unsistema de dibujos animados: pasando unos 30 dibujos persegundo el cerebro percibe una imagen en movimiento.

1881: T.A. Edison patenta el Kinetoscopio, un aparato quepermitia ver una pelcula de unos 20 segundos.

1884: Disco de Nipkow: precursor de la televisin.

1895: Los hermanos Lumiere, presentan en Paris elcinematgrafo (del griego kinema = movimento)

SI

7.1.- DEL DISCO DE NIPKOW A LA TELEVISIN ELECTRNICA


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EL DISCO DE NIPKOW

1880: Primer artculo en la revista Scientific Americansobre la posibilitat de la televisin. Nace el concepto.

1884: El aleman Paul Nipkow patenta un sistema mecnicopara explorar una imagen lnea a lnea basado en un discoperforado.

1900: El ruso Constantin Perskvy propone la palabratelevisin a la Exposici Universal de Paris. Buenaacogida.

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LA TELEVISIN ELECTRNICA

1897: El aleman Karl Ferdinan Braun inventa el tubo

de rayos catdicos.

1907: El ruso Boris Rosing propone utilizar el tubo derayos catdicos como receptor de televisin.

1908: El escocs A. Campbell Swinton propone utilizarlotambin como emisor: la imagen se proyecta sobre lacara frontal del tubo que contiene un mosaico de clulas

fotoelctricas que son exploradas por el haz electrnico.

1923: El estadounidense de origen ruso Vladimir Zworykinpatenta la idea del ionoscopio, la primera cmara de

televisi. El primer prototipo fue presentado el 1929 yfabricado por la RCA en 1933. Exploraba una imagen arazn de 120 lineas y 24 cuadros por segundo

1927 : El norteamericano Philo Farnsworth propone unsistema totalmente electrnico basado en un disectorde imgenes.
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Cathode_ray_Tube.PNG


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1929: Baird convence a la BBC de hacer transmisiones de televisin.Comercializa receptores de su sistema y los mejora: 30, 60, 100, 120 y180 lineas con 12.5 cuadros por segundo.

1932: La BBC inicia la emisin regular de televisin usando el sistemaelectromecnico de Baird basado en 30 lineas.

1936: Para decidir el sistema definitivo de alta definicin, la BBCacuerda alternar semanalmente el sistema electromecnico de Baird(240 lneas, 25 cuadros per segundo) y un sistema puramenteelectrnico (405 lineas, 50 cuadros per segon).

1936: Primeros juegos olmpicos televisados (Berln)

1937: Se abandonan los sistemas electromecnicos que no podianconseguir la fiabilidad y cualidad de los sistemes electrnicos.

HACIA LA TELEVISIN MODERNA

SI

1937: El Reino Unido adopta un sistema de 405 lneas, Francia de 455, Alemania y Italia de 441.

1939: Primer servicio pblico de televivin en New York: 340 lneas y 30 cuadros per segon. Se venden20.000 televisores en Londres. Suspensin de la TV en Europa por la II Guerra Mundial.

1941: Se adopta el estndard norteamericano: 525 lneas y 60 cuadros/s.

1952: Se adopta el estndar europeo: 625 lneas y 50 cuadros por segundo.


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LA TELEVISIN EN COLOR

METAMERISMO: Combinando 3 colores primarios, Rojo (R), Azul (B), yVerde (G), se puede obtener la misma percepcin de color que una radiacinmonocromtica.

1938: El francs George Valensi propone el principio de dualidad: losprogramas de color se han de poder ver en receptores de blanco y negro, ylos programas de blanco i negro deben poderse ver en receptores de color.

SI

1953: Se define en EEUU el estandard compatible NTSC (National

Television System Committee): No se transmiten las 3 primariassino combinaciones de ellas:

Luminancia Y = 0.3R + 0.6G + 0.1BCrominancia CB = B - YCrominancia CR = R Y

En el receptor de blanco y negro, la seal Y (luminancia)proporciona la imagen.

En el receptor de color, a partir de Y, CB i CR se obtienen lasprimarias R, G, y B que actuen sobre 3 caones independentes.


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LA TELEVISIN DIGITAL

720 pxels/linea x 3 seales/pxel x 8 bits/seal x 625 lnias/cuadro x 30 cuadros/segundo = 324Mbits/s. Cada canal analgico dispone de 6 MHz de ancho de banda. Es decir, unos 12 Mbits/s.

TECNICA DE COMPRESIN DE LA SEAL: MPEG-2

MPEG = Moving Pictures Experts Groups. Estndard para comprimir la seal de video teniendo encuenta las caractersticas de la visin humana. Factor de reducci del ordre de 50.

Compresin a nivel de pxels: 4:2:0

Se transmite la Y de todos los pxels (4), y

1 de cada 2 de seales de croma en

sentido horizontal (2) y vertical (2).

Compresi a nivel de bloques (8 x 8 pxels):

Se eliminan los bloques iguales: Redundncia espacial

Compresin a nivel de cuadros:

Se eliminen cuadros iguales: Redundncia temporal

Se requiere un decodificador para recuperar el valor de cada pixel

Y Y

CB

Y

Y

CR

Y

SI

Bloques de igual Y, CB y CR


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7.2.- EL TUBO DE RAYOS CATDICOS

El tubo de rayos catdicos (CRT, Cathode Ray Tube) ha jugado un

papel fundamental en el desarrollo de la ciencia y de la electrnica.

En la dcada de 1870 diversos experimentos realizados en tubos de

vidrio en los que se haba hecho el vacio mostraban que cuando se

calentaba el metal que constituia un electrodo llamado ctodo

surgian unos rayos que se dirigan en lnea recta hacia al otro

electrodo llamado nodo que tenia aplicada una tensin positiva

respecto del ctodo. A estos rayos se les llam rayos catdicos.

En 1897 el britnico J. J. Thomson demostr que estos rayos catdicos estaban formados por unas

partculas con carga negativa que serian llamadas electrones. Fue la primera prueba de que el

tomo, que se crea entonces indivisible, estaba formado por partculas subatmicas.

El fsico aleman Ferdinand Braun invent en 1897 el osciloscopio utilizando los rayos catdicos.

El tubo de rayos catdicos fue usado como instrumento de medida durante todo el siglo XX y

permiti crear la televisin. Aunque hoy su uso est decayendo se sigue utilizando la

manipulacin de un haz de electrones en equipos sofisticados como el microscopio electrnico.


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Elfuncionamientodel tubo de rayos

catdicos es esencialmente el siguiente:

1.- Un metal calentado por una corrienteelctrica emite electrones.

2.- Estos electrones son acelerados por

campos elctricos y/o magnticos hasta

conseguir que formen un haz muy estrecho

que se hace incidir en una pantalla.

3.- Esta pantalla contiene unos puntos

llamados fsforos, que producen luz brillante

cuando incide el haz de electrones sobre l.

La cantidad de luz que desprende depende de

la velocidad y cantidad de electrones.

4.- El haz de electrones puede ser desviado

en su trayectora mediante tensionesaplicadas a unas placas de desviacin

(horizontal y vertical) o a una bobinas que

crean campos magnticos.


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Como receptor de televisinel haz va barriendo la pantalla deizquierda a derecha a velocidad constante, volviendo

rpidamente al inicio cuando llega al final de linea. A la vez, el

haz se desplaza progresivamente de arriba a abajo, volviendoinmediatamente arriba al finalizar el cuadro. De esta forma el

haz incide sobre todos los puntos (pixeles) que contiene la

pantalla.

La luz desprendida por un fsforo es proporcional a la

cantidad y velocidad de los electrones incidentes que depende

de las tensiones aplicadas al haz. Variando estas tensiones sepuede iluminar de forma especfica cada pixel.

La persistencia del punto de luz en el fsforo y en la retina

humana permite visualizar un cuadro. Si el nmero de cuadros

varia en razn superior a 30 por segundo nuestro cerebro ve

una imagen en movimiento.

Las imgenes en color se consiguen excitando a la vez tres

fsforos (rojo, verde y azul) en cada pixel mediante tres haces

independientes. La combinacin de estos tres colores

primarios permite crear todos los colores.


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Para evitar el parpadeo de imagen entre cuadro y cuadro se utiliza

un sistema de barrido de lineas denominado entrelazado:

primero se transmiten las lineas impares de un cuadro (campo

impar) y luego las pares (campo par).

En el sistema americano (NTSC) el barrido de una lnea tarda

63,5 s, de los que los ltimos 10 s se dedican al retroceso del

haz al origen de la siguiente lnea. Se transmiten 525 lneas y 30

cuadros por segundo. En el sistema europeo (CCIR) la duracin

de una lnea es de 64 s, se transmiten 625 lneas por cuadro y 25

cuadros por segundo.

. En la figura se muestra que

durante el barrido de la linea la

seal que activa los pxeles

modulando la intensidad del haz

de electrones varia entre un nivel

75 (negro) y un nivel 12,5(blanco). Durante el tiempo de

retroceso del haz de envian

impulsos de sincronismo.


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7.3.- PANTALLAS DE PLASMA

Las pantallas de plasma (PDP, Plasma Display Panel) son un tipo de

pantallas planas de televisin, normalmente de gran tamao (mayoresque 30 pulgadas), que contienen en su interior pequeas celdas que

contienen una mezcla de gases en los que se provoca una descarga

(plasma) para que emitan luz.

El principio de funcionamiento de este tipo de pantallas fue propuesto

por el hngaro K. Tihany en 1936, y la primera pantalla plana de

plasma, de color naranja, se cre en 1964 por D. Bitzer en laUniversidad de Illinois utilizada como monitor de ordenador.

En 1992 Fujitsu desarroll la primera pantalla en color de 21 pulgadas

y en 1997 Pioneer inici la comercializacin de estas pantallas para

equipos de televisin.

Hasta los primeros aos de la dcada de los 2000 las pantallas de

plasma fueron las ms populares para sistemas de TV de alta

definicin, pero actualmente estn sufriendo la competencia de las

pantallas LCD.


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El elemento clave de esta tecnologa son las celdas que funcionan de forma similar a un tubo

fluorescente. Cada celda contiene una mezcla de gases que al aplicarle unas determinadas

tensiones se ioniza y crea un plasma. De ah el nombre de pantalla de plasma.

Se denomina plasma al cuarto estado de agregacin de la materia, que se aade a los estados de

gas, lquido y slido. Es un estado fluido similar al gas pero en el que una determinada

proporcin de sus partculas estn cargadas elctricamente.

Cuando se aplica tensin, los electrodos desprenden electrones

que son acelerados por una tensin positiva aplicada al otroelectrodo. Estos electrones chocan con tomos de los gases

presentes, los cuales se ionizan y se suman a la corriente

inicial. Se dice que se crea un plasma. Entre los gases tambin

se encuentran tomos de mercurio que son excitados por

choques y al volver al estado inicial emiten un fotn

ultravioleta.

Los tomos de fsforo presentes en las paredes de la celda

absorben los fotones ultravioletas y emiten fotones en el

espectro visible (segn el fsforo, en azul, verde o rojo).


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En la pantalla de plasma cada pixel de color est formado

por tres subpxeles, uno azul, otro verde y otro rojo, que

pueden ser accedidos individualmente mediante unos

electrodos organizados por filas y columnas.

La intensidad de luz producida por

cada pixel se controla por la tensin

aplicada a los electrodos del pxel.

La combinacin de estos tres

colores primarios permite

reproducir todos los colores del

espectro visible, tal como ocurre en

los televisores de color basados en

el TRC.


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Caractersticas de las pantallas de plasma (1)

Ventajas

Las pantallas de plasma tienen una alta luminosidad(ms de 1000 lumenes/m2) y unaamplia gama de colores.

Presentan una relacin de contraste muy alta, hasta ahora mayor que sus competidoras. Larelacin de contraste se define como la relacin entre el pxel ms luminoso y el menos

luminoso de una imagen en un momento dado.

Tambin presentan un negro muy profundo, mucho mejor que las otras tecnologas, quees producido por la ausencia de excitacin de los pxeles implicados.

Es una tecnologa adecuada para hacerpantallas grandes(hasta de 3,8 m de diagonal), perono para pantallas pequeas debido a las dificultades tecnolgicas para reducir el tamao de

las celdas.

Tiene un gran ngulo de visindesde la perpendicular a la pantalla.


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Caractersticas de las pantallas de plasma (2)

Inconvenientes

Las pantallas de plasma tienen un costede fabricacin grande.

Presentan una eficiencia energticapeor que sus competidoras, en especial las de LCD.Pueden consumir del orden de los 400 W.

Solan presentar el efecto de pantalla quemada cuando se mostraban imgenes estticasdurante mucho tiempo. Esto de deba al desgaste de los fsforos implicados que perdan

luminosidad. Actualmente este problema ya ha sido superado.

No trabajan bien en altitudes muy altasdebido al diferencial de presin entre los gases delas celdas y la presin atmosfrica.

Fuerte emisin de radiacin infrarrojaque puede causar interferencias en equiposelectrnicos.


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7.4.- PANTALLAS DE CRISTAL LQUIDO (LCD)

La pantalla de cristal lquido (LCD, Liquid Crystal Display) es una

pantalla plana que utiliza las propiedades de modulacin de la luzque presentan los cristales lquidos. Se usan tambin en una gran

variedad de aplicaciones, como monitores de ordenadores, relojes,

calculadoras, telfonos, etc, ya que permiten una gran variedad de

tamaos y presentan una alta eficiencia energtica.

Los cristales lquidos fueron descubiertos por el austraco F. Reinitzer

en 1888 en el colesterol extraido de zanahorias.El primer dispositivo que permita el control electrnico de la luz

reflejada por un cristal lquido fue creado en la RCA por G.

Heilmeier en 1964 usando el sistema DMS (Dynamic Scattering

Method).

En 1970 se crearon los sistemas basados en cristales lquidos

nemticos (TN, Twisted Nematic) que eran ms eficientes que elDMS y INIXCO cre en 1971 el primer reloj basado en este material.

En 1986 NEC comercializ el primer ordenador portatil LCD. En 2002 los monitores LCD

sobrepasaron en ventas a los monitores de tubos de rayos catdicos.


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Una propiedad muy importante del cristal

nemtico girado es que hace girar 90 el vector

de polarizacin de la luz, como si fuese una

guia de ondas.

Cuando se aplica una tensin entre las placas se

crea un campo elctrico que obliga a las

molculas a alinearse con el campo de forma

perpendicular a las placas. Se pierde el efecto

de rotacin de la polarizacin de la luz.

Elprincipio de funcionamientode las pantallasde cristal lquido se ilustra en la figura: la luz

generada por una fuente se hace pasar por un

polarizador que permite el paso del vector

vertical. Luego atraviesa la capa de cristal

lquido y el vector gira 90 y se hace horizontal.

Finalmente hay un segundo polarizadorhorizontal que permite el paso de esta luz.

Cuando la capa de cristal lquido no rota la luz

el segundo polarizador la bloquea.


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Matrices pasivas de cristal lquido

Una forma de visualizar caracteres en una pantalla de

cristal lquido es mediante matrices pasivas.

La luz ambiente que ilumina la pantalla puede ser

reflejada por un espejo (reflector) del fondo de la

pantalla o bien puede ser bloqueada en una cierta rea

que se ver oscura en la pantalla. La figura ilustra este

comportamiento.

Cuando se aplica tensin a un segmento de un

electrodo transparente de la superficie frontal se

impide la rotacin de la luz, que es bloqueada por el

polarizador posterior y no llega al espejo.


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Matrices activas de cristal lquido

Las matrices pasivas LCD no son adecuadas para controlar los

pxeles de una pantalla de televisin. Tienen un tiempo de retraso

elevado que dificulta la visualizacin de movimientos rpidos.

En estas aplicaciones se usan matrices activas LCD (AMLCD).

Las matrices activas controlan cada pixel de la pantalla a travs

de un transistor y un condensador. Cuando se pone tensin en la

linea de scan el transistor conduce y carga el condensador

conectado en su drenador con la tensin aplicada en su surtidor

(Data Line). Posteriormente se desactiva la puerta y el transistor

pasa a circuito abierto. La carga del condensador se mantiene

durante un cierto tiempo.

El transistor se realiza con tecnologa TFT (Thin Film Transistor)

normalmente depositando silicio amorfo sobre el cristal. El

condensador se realiza depositando un electrodo transparente de

ITO (Indium Tin Oxide) en el substrato del TFT y la otra placa es

la del substrato del filtro de color.


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Para crear imgenes de televin se requiere

poder obtener una escala de grises entre el

negro y el blanco. El cristal lquido permite

una transmisin gradual de la luz que es

controlada por la tensin aplicada al cristal

lquido.

El condensador de la matriz activa mantiene la

tensin del pixel durante un tiempo y permite

actualizar la pantalla a un ritmo mucho mayor

que en las pantallas de matriz pasiva.

En la figura inferior se muestra como se

controla una matriz de 3 x 3 pxeles. Se realiza

por lneas, aplicando una tensin de 20V que

activa a ON los transistores de la lnea, y una

vez activos carga cada condensador de los

pxeles de la lnea a la tensin Data Line

correspondiente.


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Estructura de una pantalla TFT-LCD

Cada pixel de color est formado por tres sub-

pxeles (R, G, B). La combinacin de estos trescolores primarios proporciona el color del

pixel.

Una lmpara posterior seguida de un difusor

para uniformizar la iluminacin genera la luz

que ser enviada hacia fuera atravesando las

diferentes capas de la pantalla.Esta luz pasa por un primer polarizador

(horizontal), luego atraviesa el cristal (que tiene

microsurcos horizontales para ordenar las

molculas de CL) y que contiene los TFT y los

electrodos transparentes de ITO de cada pixel.

Luego viene la capa de cristal lquido y acontinuacin el otro cristal (con microsurcos

verticales) y el filtro de color, y finalmente el

segundo polarizador (vertidal).


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En esta figura se presenta una seccin de una pantalla plana mostrando otros detalles,

como los electrodos de ITO entre los que est el cristal lquido y a los que se aplica la

tensin para controlar la transmisin de la luz posterior.


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Pantallas LED-LCD

Estas pantallas utilizan LEDs para generar la iluminacin posterior en

lugar de las lmparas fluorescentes habituales (CCFL, Cold Cathode

Fluorescent Lamp). Esta iluminacin posterior permite una pantalla ms

delgada, un menor consumo de potencia, y un mejor contraste. En

particular, la tecnica dynamic local dimming permite iluminar de

forma diferente diversas reas para aumentar la relacin de contrate entre

areas iluminadas y areas oscuras.

Variantes de pantallas LCD

Pantallas IPS-LCD

Estas pantalla IPS (In-Plane Switching)

aplican el campo elctrico al cristal lquido

de forma paralela a la pantalla. Esta tcnicamejor el ngulo de visin y mejor la

calidad de color, pero a costa de aumentar

su consumo de energa.


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Suelen ser las pantallas que tienen un consumo energtico menor. Esto las hace atractivaspara los dispositivos porttiles.

Suelen ser las pantallas de menor pesolo cual tambin es importante en porttiles

La tecnologa TFT-LCD era ms indicada parapantallas pequeas y medianasque parapantallas grandes. Sin embargo, esta limitacin se est superando.

Suelen ser pantallas de alto brillo y alta resolucin, aunque actualmente la evolucin

tecnolgica de las otras tecnologas pone en cuestin esta ventaja.

Suelen presentar una vida til ms elevadaque sus competidoras.

Caractersticas de las pantallas LCD

Ventajas


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Inconvenientes

Suelen tener un contraste peorque las de plasma, ya que no se consigue un negro profundodebido a que el cristal lquido no logra un bloqueo perfecto de la luz. Esta caracterstica est

mejorando en las pantallas LED-LCD.

Solian tener un ngulo de visin inferiora las otras tecnologas, pero es una caracterstica quetambin est mejorando en las ltimas variantes.

El tiempo de respuestade las primeras pantallas era inferior al de las pantallas de plasma, loque era un inconveniente importante en la calidad de las imgenes de movimientos rpidos,

como los eventos deportivos. En las versiones actuales ha desaparecido en gran parte este

inconveniente.

Caractersticas de las pantallas LCD


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7.5.- PANTALLAS OLED

El diodo orgnico emisor de luz (OLED, Organic Light Emitting Diode) es una tecnologa

lumnica emergente con la que se empiezan a fabricar pantallas planas de televisin, y con laposibilidad de realizar pantallas flexibles. Tambin presenta grandes perspectivas de utilizacin

en sistemas de iluminacin de estado slido (SSL, Solid State Lighting).

La electroluminiscencia en materiales orgnicos fue descubierta

por el francs A. Bernanose en la dcada de 1950.

H. Shirakawa public en 1977 el descubrimiento de altaconductividad en polimeros orgnicos (premio Nobel 2000).

En 1987 C.W. Tang y S.V.Slyke crearon el primer OLED

operativo.

Pioneer crea en 1997 una pantalla de 260.000 colores

2007: Sony comercializa una TV OLED de 11.

2011: Samsung y LG anuncian para 2012 pantallas de

TV de 55 pulgadas.


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Semiconductores orgnicos

Un semiconductor orgnico es un compuesto orgnico,

basado en tomos de carbono, que presenta propiedadessemejantes a los semiconductores inorgnicos.

Los compuestos orgnicos suelen ser aislantes, pero en

algunos casos especiales pueden conducir la electricidad:

los electrones pueden moverse a lo largo de la molcula en

orbitales extendidos (enlaces ), y saltar de molcula a

molcula a traves de mecanismos cunticos.

Tienen portadores de carga negativos, equivalentes a los

electrones, (electrones *) y portadores positivos,

equivalentes a los huecos, (electrones no pareados), y sus

energas se ordenan en bandas similares a los

semiconductores: banda de conduccin (LUMO, Lowest

Unoccupied Molecular Orbital), banda de valencia(HOMO, Highest Occupied Molecular Orbital) y banda

prohibida. Tambin se pueden dopar para tener exceso de

electrones (dopado N) o de huecos (dopado P).


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Los OLEDs se realizan con dos tipos de semiconductores orgnicos: las molculas pequeas

(SM-OLED, Small Molecules) y los polmeros electroluminiscentes, que son cadenas largas.

Los SM-OLEDson cristales de molculas pequeas orgnicas electroluminiscentes quecontienen orbitales deslocalizados. Por ejemplo triarilamina TPD, Alq3, NPB, NPD, ...

Presentan alta eficiencia y estabilidad. Su realizacin implica evaporacin trmica en el vaco,

lo que las limita a pantallas pequeas. Se realizan estructuras multicapa bien definidas.


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Los polmeros electroluminiscentesPLEDs(Polymer-

LED) como el polifenilenovinileno (R-PPV), polifluoreno

(PF), polianilina (PANI:PSS),... Son cadenas orgnicas

largas cuyos orbitales ms externos son extendidos a todala molcula y presentan bandas de energa.

Su tecnologa se realiza a travs de disoluciones que es

muy adecuada para pantallas grandes. Previsiblemente

ser de muy bajo coste permitiendo el uso de una tcnica

derivada de los inyectores de tinta de las impresoras.


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Estructura bsica

Aunque hay diversas realizaciones, la estructura ms utilizada en las pantallas actuales por

tener mayor eficiencia lumnica es la mostrada en la figura: Una estructura de 4 capas entredos sustratos. Las capas activas son un electrodo transparente superior (ctodo), una capa de

polmero emisiva, una capa de polmero conductiva, y un electrodo posterior (nodo). Con

un espesor total de 0,55 m.


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Principio de funcionamiento

La emisin de luz se produce en la capa emisiva de

polmero por una transicin de un electrn desde un nivelalto (nivel LUMO) a un nivel bajo (nivel HOMO).

El ctodo est realizado con un metal que tiene una

funcin trabajo pequea, como el bario y el calcio , y que

es capaz de inyectar electrones en el nivel LUMO de la

capa emisiva.

El nodo est realizado con un metal transparente como el

ITO que tiene una funcin trabajo elevada y que inyecta

huecos a la capa conductiva.

Las capas emisiva y conductiva estn

formadas por polmeros orgnicos


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La estructura de un OLED basado en Molculas Pequeas es ligeramente diferente de la

basada en polmeros. En la figura se muestran ambas estructuras.


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Matrices pasivas en pantallas OLED (PMOLED)

Una forma de activar los diodos orgnicos de las pantallas OLED es mediante matrices

pasivas: se activan los ctodos de una lnea aplicando la correspondiente tensin, y lastensiones aplicadas a los nodos de los diodos provocaran una determinada corriente en cada

diodo que emitir ms o menos luz.


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Matrices activas en pantallas OLED (AMOLED)

Las matrices activas permiten polarizar cada pixel

individualmente de forma parecida a como se hace en lasmatrices activas de las pantallas TFT-LCD.

En la figura superior se muestra el circuito de activacin de

un OLED. Cuando se activa la lnea select se conmuta a

ON el transistor T2. A travs de este transistor se pasa la

tensin presente en dataline al condensador de puerta del

transistor T1, y esta tensin permanece en este condensador

despues que T2 conmute a OFF. La tensin en la puerta de

T1 fija la corriente de drenador de este transistor, que es la

que activa al OLED.

Estos transistores son TFT (Thin Film Transistors)

depositados sobre un sustrato. La principal ventaja de estemtodo de activacin de la pantalla es que evita los altos

picos de corriente de las pantallas de matriz pasiva. Y esto

lleva consigo a un consumo elctrico menor.


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Arquitecturas de pantallas

Pantallas de emisin frontal (Top-emitting OLED): El sustrato es opaco

o reflexivo. Son los habituales para AMOLEDs.

Pantallas transparentes (TOLEDs, Transparent OLEDs): tienen todossus electrodos transparentes. Cuando los OLEDs estan OFF la pantalla

es transparente. Cuando ON la imagen sale por las dos caras. Posible

aplicacin en pantallas HUD (Heads Up Displays).

Pantallas OLED plegables(FOLEDs, Foldable OLEDs): Los sustratosson de plstico o de lminas metalicas. Son muy flexibles, ligeras y

duraderas. Podrian tener aplicacin en ropa inteligente, en telfonos

mviles, PDA, que suelen estropearse por rotura de pantalla.


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OLEDs de heterounin gradual(Heterojunction Graded OLEDs): realiza una

sola capa orgnica combinando

gradualmente la composicin de la capa

HTM (transport holes material), y de la capaETM (electron transport material) y

manteniendo constante la composicin de la

capa emisiva. Disminuye el coste de

fabricacin y mejora la eficiencia.

Pantallas de pxeles apilados (SOLEDs, StakedOLEDs): Apilan el oled rojo, el verde y el azul

uno encima de otro. Aumenta la resolucin de la

pantalla y mejora la calidad del color

OLEDs blancos (White OLEDs): son OLEDS que emitenluz blanca ms brillante, ms uniforme y ms eficiente que

la emitida por los tubos fluorescentes. Podrian reemplazar

en el futuro a la iluminacin con fluorescentes.


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Ventajas de las pantallas OLED

Pantallas ms delgadas y flexibles que las LCD y las de plasma

Mayor brillo y contraste, debido en parte a que los OLED emiten luz

Menor consumo. No tienen necesidad de una iluminacin posterior permanente. Los

pxeles negros no consumen energa ya que los oled estan apagados.

Mejor visin en ambientes iluminados por ser emisores de luz, y mejor ngulo devisin.

Nuevas posibilidades al poder ser las pantallas flexibles.

Prometen bajos costes de produccin cuando la tecnologa madure,


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Inconvenientes pantallas OLED

Tiempos de vida cortos de las capas azules (las rojas y verdes no tienen este problema.Aunque se anuncian mejoras, actualmente las capas azules duran unas 14.000 horas,

mucho menos que las 60.000 de los LCD .

Degradacin con el agua de los materiales orgnicos.

El coste actual es muy elevado, debido a que aun estan casi en fase de investigacin.

Mal balance de color debido a la ms rpida degradacin de la capa azul que las capasroja y verde.

Sensibilidad a la radiacin ultravioleta que degrada los materiales orgnicos.


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7.6.- PROYECTORES DE VIDEO

Un proyector de video es un proyector de imagen que recibe

una seal de video y proyecta la correspondiente imagen en

una pantalla usando un sistema de lentes. Se utilizan en

muchas aplicaciones como presentaciones en conferencias, en

educacin, en home theater, y en conciertos.

Los principales parmetros de un proyector son su resolucin

[SVGA: 800x600, XGA: 1024x768, 720p: 1280x720, o

1080p: 1920x1080 pxels] y la potencia luminosa de salidarequerida (puede variar entre 1500 y 4000 lmenes

dependiendo del tamao de la pantalla y de las condiciones de

iluminacin de la sala).

Las principales tecnologas utilizadas son: el tubo de rayos

catdicos (en el pasado), proyectores LCD, proyectores DLP,

y proyectores Cristal Lquido sobre silicio (LCoS).

Actualmente est emergiendo la tecnologa de pico-

proyectores para dispositivos porttiles.

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PROYECTORES LCD

En la figura se muestra el esquema de un proyector de video LCD. Consiste en una lmpara de

mercurio de alta presin que genera una luz blanca muy intensa. Esta luz es enviada a un espejodicroico que permite la transmisin de la radiacin roja y refleja las otras longitudes de onda. La

luz reflejada se enva a un segundo espejo dicroico que transmite la luz azul y refleja el resto, del

que se obtiene la luz verde. A travs de espejos se enva cada una de estas componentes

luminosas a un ncleo central a travs de una pantalla LCD especfica para cada color que

genera los pxeles rojos, verdes y azules de la imagen global. Estas imgenes se recombinan en

un prisma que est en el ncleo el cual enva la imagen a la pantalla a travs de una lente de

projeccin.

Este proyector fue inventado

por Gene Dolgoff (patente en

1987).

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PROYECTORES DLP (Digital Light Processing)

Los proyectores DLP se basan en un chip MEMS

(Micro Electro Mechanical System) denominado

DMD (Digital Micromirror Device) formado por

tantos microespejos como pxeles tiene la imagen en

la pantalla (puede superar el milln).

Cada espejo tiene dos posiciones: ON y OFF

dependiendo de su inclinacin que es controlada por

la tensin aplicada a cada espejo. En la posicin ON

transmite el pixel a la pantalla reflejando la luz que

incide sobre el, y en la posicin OFF bloquea su

transmisin.

Una luz blanca es generada por una

lmpara y la envia al DMD a travs

de una rueda de color que gira a

gran velocidad y que contiene los trescolores primarios: rojo, verde y azul.

Su salida se envia al DMD, y se

proyecta su imagen en la pantalla.

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Los espejos pueden conmutar de ON a OFF mas de 1000 veces por

segundo. El brillo del pxel se controla mediante la duracin de los

tiempos en que est en ON.

Un sistema alternativo a la rueda de color es mediante 3 chips DMD:

mediante espejos dicroicos la luz blanca se separa en los tres primarios

(como en los proyectores LCD) y cada color se envia a un DMD

especfico. Sus salidas se recombinan para dar la imagen en la pantalla.

Este proyector fue desarrollado por Larry Hornbeck de Texas Instruments

y esta tecnologa es propiedad de esta empresa.

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PROYECTORES LCoS (Liquid Cristall on Silicon)

En las figuras adjuntas se muestra el esquema general

de este sistema de proyeccin. La luz generada por

una lmpara se divide en tres componentes, roja, azul

y verde, mediante un sistema de espejos dicroicos.

La componente roja se envia a un chip LCoS cuya

salida es la componente de este color de la imagen

final. Lo mismo se hace con las componentes azul yroja. Finalmente las tres componentes se recombinan

en un prisma que envia a la pantalla a travs de un

sistema de lentes la imagen final.

En la figura inferior se muestran los dos

polarizadores (rectngulos blancos) que se requieren

en un sistema de cristal lquido y que son externos alchip LCoS.

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El chip LCoS funciona en forma reflexiva: cuando el

pixel de cristal lquido deja pasar la luz que incide

sobre l, sta se refleja en un espejo posterior y

vuelve a salir por la superficie frontal. Cuando elcristal lquido bloquea la transmisin de la luz, no hay

reflexin.

En la figura inferior se muestra la estructura del

LCoS. Ntese que los polarizadores son externos al

chip, y que ste est formado por un electrodotransparente en la superficie frontal y una capa

reflexiva despus del cristal lquido.



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COMPARACIN ENTRE LAS DISTINTAS TECNOLOGAS

La fuerte competencia entre las diferentes tecnologas suele hacer obsoletas las ventajas e

inconvenientes que presentaba cada tecnologa hace unos aos. Cada tecnologa ha idosuperando sus limitaciones iniciales. El gran beneficiario de esta superacin es el usuario final

del producto.

Algunas caractersticas que han caracterizado en el pasadolas diferentes tecnologas han sido:

Proyectores LCD: mejor gama de color que la DLP pero peor contraste. Necesidad de filtros de

aire para evitar el efecto del polvo sobre los paneles LCD. Pixelacin de la imagen por espacios

de separacin entre pxels (efector screendoor).

Proyectores DLP: Mayor contraste y ms ligeros que LCD. No requiere filtros de aire por estar

el DMD sellado. Efecto arco iris (rainbow effect) debido a la aparicin secuencial de colores en

la pantalla por la rueda de color. Efecto dithering debido a que la escala de grises se consigue

regulando el tiempo ON de los espejos que conmutan rpidamente entre ON y OFF.

Proyectores LCoS: no suele presentar efectos de pixelacin en la imagen como en los LCD niefecto arco iris como en los DLP. Tiene peor contraste que en los DLP. Las lmparas del

sistema LCoS suelen tener una vida menor (1000 1500 horas).



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PICO PROYECTORES

El pico proyector (tambien denominado hand held projector) es una tecnologa emergente (la

primera demostracin pblica fue en 2006) para permitir que dispositivos porttiles puedanproyectar imagenes en una pantalla (o pared). Actualmente se consiguen proyectar imgenes de

hasta 50 pulgadas sobre una pared, aunque presentan una calidad deficiente bajo iluminacin

habitual.

El principal reto de esta nueva tecnologa es que el proyector debe alimentarse desde la batera

del dispositivo porttil que suele ser de baja capacidad. Por estos, las soluciones que se ensayan

consisten en substituir la lmpara por LEDs o lseres que tienen un bajo consumo de potencia.

Las realizaciones actuales de pico proyectores

se basan en las tres tecnologas de

videoproyectores: LCD, DLP y LCoS, con

LEDs o lseres como fuente de iluminacin, y

con rueda de color o tres dispositivos.

Tambin est en fase experimental un sistemabasado en lser que genera la imagen punto a

punto como ocurra en los antiguos tubos de

rayos catdicos.

7.- pantallas electronicas y proyectores de video-4826

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