El Futuro de las pantallas de TV. La TV Laser.

Creo que a todos nos gustaria tener en casa una superpantalla para ver películas o TV, pero cuanto mas grande más caras y cuanto más grande por mucho que lo intenten peor se ven.

Sin embargo se me ocurrio hace algunos años que habria que revolucionar el concepto de las pantallas. Actualmente se utilizan electrones que se desvian con un campo magnético o celdas que se encienden o se apagan según las ordenes que se le den.

Que tal si utilizamos Fotones ?. Si, Fotones el cuanto de la luz. Que tal si utilizamos un rayo laser, que no es más que fotones como los de una linterna pero que su dirección es coherente.

Pues la idea es estupenda, pero tiene un grave incoveniente; los electrones se pueden desviar con un campo magnético, pero los fotones no se pueden desviar. Los fotones solo son desviados por los campos gravitatorios, pero no por los magnéticos.

Si tuviésemos una TV que lanzará rayos laser y los pudiésemos dirigir podríamos ampliar la imagen infinitamente sin perder ni un ápice su calidad; daria lo mismo que fuese de 32 pulgadas que de 1 Km de pulgada.

La luz laser al ser coherende no pierde la dirección en el espacio, por eso los punteros laser son tan nítidos y llegan tan lejos.

Pero como los desviamos ?

Pantallas TFT y monitores CRT (ordinarios)

En los últimos años se han hecho de uso común las pantallas TFT, reemplazando a los monitores CRT que son los que se han usado desde siempre. Al ser dos tecnologías completamente diferentes, conviene tener bien claras las características de cada una.

• Monitores
  Los monitores CRT o TRC (Tubo de Rayos Catódicos) consisten en un cono de cristal en el que se ha hecho el vacío, con la base más o menos plana y recubierta de fósforo. En la punta del cono hay un emisor de electrones, éstos son acelerados por un campo eléctrico intenso y al chocar contra el fósforo de la base, emiten luz. Desviado la trayectoria de los electrones con un campo magnético, podemos hacer que choquen en una parte u otra, iluminando puntos en la pantalla.
  La intensidad del haz de electrones se puede variar, haciendo más o menos intenso el brillo del punto. Haciendo que el haz recorra toda la pantalla, dibujando varias líneas de puntos, podemos crear una imagen. La cantidad de líneas se llama resolución vertical y la de puntos en cada línea, resolución horizontal.
  Si ponemos varios tipos de fósforos, podemos tener puntos iluminados de color rojo, azul y verde, con lo que se puede componer una imagen en color. Para asegurarse de que el haz de electrones sólo incide en el sitio que debe, antes de la pantalla se pone una rejilla. Los puntos de color pueden ser redondos y estar organizados en triángulo o rectangulares y estar en cuadrícula.
  Las televisiones suelen tener un tamaño de punto de casi 1 mm, mientras que los monitores andan por los 0,28 - 0,25. En un monitor hay millones de estos puntitos de colores, lo cual permite tener una resolución de 768 líneas con 1024 pixels en cada línea por ejemplo.
  Cuando uno de estos fósforos recibe el impacto de los electrones, emite luz durante un ratito y luego se queda negro de nuevo, así que para que la imagen se mantenga, hay que dibujarla continuamente. El haz de electrones debe barrer la pantalla, línea por línea varias veces por segundo volviendo a iluminar los pixels en cada pasada. Para que no se vean los puntos encendiéndose y apagándose, esto debe hacerse al menos 25 veces por segundo.
  En las televisiones se hace así, 25 veces por segundo se "refresca" la pantalla, dibujando primero las líneas impares y luego las pares (esto se llama imagen entrelazada y es debido a limitaciones de los primeros circuitos que se emplearon, pero ha permanecido hasta nuestros días). En los monitores actuales se dibujan las líneas todas seguidas y la frecuencia de refresco mínima recomendada es de 72 Hz, ya que las imágenes suelen contener elementos muy pequeños y con mucho contraste (por ejemplo estas letras negras sobre fondo blanco) y se nota mucho más el parpadeo.
  Los circuitos que alimentan los deflectores determinan la cantidad de veces que puede "refrescarse" la pantalla a una determinada resolución. Esto es lo que se conoce como frecuencia de refresco vertical. En las especificaciones del monitor vendrá la máxima frecuencia que soportan estos circuitos (suele llamarse refresco horizontal). Por ejemplo, si este límite es de 64 kHz, y la resolución 800x600, podremos dibujar las 600 líneas 64000/600 = 106 veces por segundo, así que estamos bastante por encima del mínimo. Si subimos la resolución a 1024x768, tendremos 64000/768 = 83 Hz, y si ponemos 1280x1024, la frecuencia de refresco ya baja a 62 Hz, con lo que se nota algo el parpadeo.
  Igual que las televisiones, por razones de construcción, los monitores al principio tenían la pantalla en forma de casquete esférico, los tubos trinitron de Sony fueron los primeros en ofrecer una pantalla plana verticalmente y no muy curvada horizontalmente. Hoy en día se pueden encontrar fácilmente monitores con la pantalla completamente plana, otra cosa es que la imagen lo sea.
  La razón es muy sencilla: cuando se proyecta una imagen desde un punto sobre una superficie plana, hay distorsión, ya que las esquinas de la pantalla se encuentran más lejos de ese punto que el centro. Los circuitos del monitor deben corregir esto. Otra distorsión se presenta cuando la parte exterior de la pantalla es plana, pero la interior no.
  Si la parte de dentro de la pantalla es curvada, de frente parecerá plana, pero en cuanto se mira desde un lado parece curva.
  Este tipo de distorsiones es común en monitores planos, algunos bastante conocidos. Como consejo para valorar la calidad de un monitor plano, simplemente hacer una tabla en Excel y medir las celdas en la pantalla con una regla.
  
• TFT
  Las pantallas TFT se basan en un principio completamente diferente. El principio de su funcionamiento son los cristales líquidos, utilizados desde hace años para hacer todo tipo de pantallas LCD (Liquid Crystal Display). En este caso tenemos una pantalla de fondo blanca, sobre la que hay un polarizador, celdas de cristal líquido y unos filtros de colores. Los cristales de cada celda se pueden orientar en un sentido o en otro mediante un campo eléctrico, si la orientación coincide con la polarización de la luz, la dejan pasar, si es transversal, no.
  El campo eléctrico en cada celda está controlado por un transistor, de ahí el nombre de Thin Field Transitor. Cambiando la orientación de los cristales podemos dejar pasar mas o menos luz. Los filtros proporcionan los tres colores básicos, pudiendo así formar cualquier imagen. Dado que la iluminación es constante, el concepto de refresco no tiene sentido en estas pantallas, los píxels permanecen encendidos hasta que por un cambio en la imagen se necesita apagarlos.
  Dado que estas pantallas son un enorme circuito electrónico, la alineación de los píxels y su tamaño es perfectamente regular, de modo que la imagen es realmente plana y sin distorsiones. Las desventajas frente a un monitor son menor contraste, menor luminosidad y menor velocidad de actualización (aunque esto último apenas se nota ya en las pantallas actuales). La ventaja es obviamente el tamaño y el peso. Con apenas 1 cm de grosor, ocupan mucho menos que un monitor.
  El contraste se mide por la relación entre el color más brillante y el mas oscuro que puede mostrar la pantalla, un valor de 250:1 es lo mínimo necesario, los mejores TFTs llegan a 350:1, un monitor TRC pasa de 400:1. La luminosidad se mide en candelas por m2, y debe ser 250 o mayor. El tercer parámetro a tener en cuenta son los ángulos de visión; la imagen en el TFT se ve bien cuando se mira perpendicularmente a la pantalla, luego hay unos ángulos máximos vertical y horizontal, fuera de los cuales la imagen no se ve o se ve en negativo.
  Otra cosa a tener en cuenta es que el número de píxels de un TFT es fijo, siendo esa la que se llama su resolución "nativa". Para mostrar resoluciones inferiores lo debe hacer expandiendo por ejemplo una imagen que sería de 640x480 píxels hasta 1024x768 pixels que son los que hay en el TFT. Esta conversión se puede hacer con más o menos calidad y es la responsable de que en algunos las letras que salen al arrancar el PC (pantalla en 640x480), se vean mal.
  También influye el tipo de entrada de señal que tenga el monitor TFT. Por compatibilidad la mayoría traen el de los monitores de toda la vida, pero este da menos calidad al hacer la doble conversión digital → analógico → digital. Lo ideal para un TFT es que tenga conector DVI y conectarlo a una tarjeta gráfica con esa salida.
  Dado que los píxels en un TFT son cuadrados y bien definidos, las "escaleras" en las letras (aliassing) se notan más que en un monitor normal. Para mejorar la calidad de los textos, Windows XP tiene ClearType.
  Por último, advertir que los monitores TFT son más delicados que los TRC, un golpe en la pantalla puede romper parte de los circuitos. Respecto a los efectos de la edad, recomiendo pasarse por cualquier ciber donde tengan TFTs encendidos todo el día y fijarse detenidamente en si hay líneas de píxeles que no funcionan o si éstos "bailan" ....
  
  
• La Era de la Información marcha sobre haces de luz cuidadosamente controlados y esta es la razón de este artículo. Puesto que los láser conforman las arterias de las comunicaciones modernas, una adecuada utilización de la luz serviría para apuntalar las dos tecnologías con mayor influencia en nuestro tiempo: Internet y las Telecomunicaciones. Actualmente, investigadores de la Universidad de Harvard han desarrollado una nueva forma de dirigir y manipular los haces de luz que podria solucionar nuestro problema para la cuestión aquí planteada de nuestra TV Laser.
  Mediante el uso de gotas de cristal líquido (la misma sustancia que se emplea en las pantallas de las computadoras portátiles), los científicos pueden desarrollar estas láminas de vidrio, que son capaces de cambiar rápidamente de estado, permitiendo pasar la luz o difractándola, y viceversa. Cuando el panel está transparente, un haz láser puede pasar a través, mientras que, cuando la lámina difracta, descompone el haz desviándolo en distintas direcciones.
  
  El cambio de estado se produce mediante la aplicación de un campo eléctrico, de forma que el cristal puede ser fácilmente controlado mediante señales eléctricas producidas con el computador, ofreciéndonos una poderosa herramienta para dirigir haces de luz.
  "Las Telecomunicaciones pueden ser un campo de aplicación, pero aún estamos estudiando las propiedades básicas de éstas gotas. Su potencial es enorme, y es difícil imaginar todos los usos que pueden darle los ingenieros", dice David Weitz, Profesor de la Cátedra Gordon McKay de Física Aplicada de la Universidad de Harvard y líder del grupo de científicos que colaboran en la investigación, con el apoyo de la NASA.
  Más allá de las Telecomunicaciones, es fácil imaginar los posibles beneficios de ésta capacidad de direccionamiento de la luz, en el campo de la Astronomía. Por ejemplo, éstos paneles de cristal líquido pueden colocarse unos frente a otros y de esta manera combinar, (en vez de dispersar) los haces de luz procedentes de múltiples telescopios. La combinación de la luz de varios telescopios, técnica que se conoce como interferometría, es una buena forma de buscar planetas lejanos alrededor de otras estrellas.
  Otra aplicación: una lámina de cristal líquido colocada delante del espejo del telescopio puede ser empleada para "desarrugar" la luz que pasa a través de la turbulenta atmósfera de la Tierra. Con la ventaja de ópticas adaptivas, los telescopios ganarían una vista clara -- sin cristales de por medio -- del cielo que se puede apreciar desde la superficie terrestre.
  Arriba: La luz de dos o más telescopios puede ser combinada para reducir la intensidad de la luz proveniente de estrellas lejanas, revelando la tenue luz de planetas que, de otra forma, no serían visibles. ¿Podría ser ésta una aplicación de la tecnología basada en cristal líquido?
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  Las muchas aplicaciones que puede tener el poder dirigir la luz de ésta forma, es parte de las razones por las cuales la NASA recientemente ha decidido premiar a Weitz y sus colegas con una beca de investigación para éste proyecto. Además, la NASA puede proporcionar un entorno único para la experimentación con los cristales líquidos: la baja gravedad.
  "Hasta el momento, ya hemos obtenido ciertos resultados muy prometedores experimentando con fluidos en la órbita terrestre", dice Brad Carpenter, científico jefe de la División de Investigaciones Físicas de la NASA. "Éste último proyecto del Dr. Weitz, que ya ha completado algunos experimentos con cierto éxito en la Estación Espacial Internacional, fue seleccionado para continuación de financiamiento por su gran potencial con respecto a posibles avances en tecnologías de información óptica."
  Todas las gotas son creadas iguales.
  El cristal líquido es una clase de fluido cuyas moléculas están mejor ordenadas que las moléculas de los líquidos convencionales. A causa de ésta organización, cuando éstos fluidos interactúan con la luz, pueden afectarla de la misma forma que lo hacen los cristales.
  Izquierda: Las gotas de cristal líquido empleadas en los experimentos del grupo de Harvard, como las aquí mostradas, son del mismo tamaño y colocadas siguiendo un patrón uniforme.
• La técnica desarrollada por Weitz y sus colegas produce gotas de cristal líquido de dimensiones idénticas, y del tamaño de una docena de micras (una micra es una milésima de milímetro). Como todas son del mismo tamaño, el colocar las gotas juntas en una placa de vidrio, hace que formen un patrón semejante al de un panal.Es precisamente ésta configuración uniforme la que confiere a las capas de gotas de cristal líquido su característica de dispersión de la luz.La técnica de gotas de cristal líquido no es algo nuevo; la base de ésta tecnología se estableció a mediados de los años 80. Hoy en día se puede observar esta clase de gotas en las ventanas de los despachos de algunos ejecutivos. Con un toque de interruptor, las ventanas transparentes de la oficina cambian mágicamente de estado, volviéndose opacas como si se congelaran. "La mayor diferencia entre lo que hacemos y lo que se ha hecho hasta ahora es que la configuración "clásica" de los paneles de cristal contenía una distribución aleatoria de las gotas y su tamaño era irregular; algunas más grandes y otras más pequeñas. No tenían ningún orden en absoluto", comenta Darren Link, uno de los científicos del equipo de desarrollo.Sin ningún orden en el tamaño y la disposición de las gotas, éstos antiguos sistemas de cristal líquido simplemente dispersan la luz en todas direcciones (de ahí el efecto de cristal congelado). "En nuestro caso, puesto que formamos las gotas todas del mismo tamaño, podemos dirigir la luz en ángulos específicos", afirma Link.
• Las moléculas del cristal líquido son largas, con forma de barra. Un campo eléctrico puede guiar éstas barras (igual que un campo magnético es capaz de mover la aguja de una brújula), y así controlar cómo guiar los rayos de luz que circulen a través de ellas. La facultad de dirigir la luz podría ya ser considerada como algo de utilidad inmediata, pero Link sospecha que los resultados más prometedores llegarán con la siguiente fase del desarrollo que están llevando a cabo. Explorando otra dimensión"Pienso que la nueva física va a volverse verdaderamente interesante cuando nos olvidemos de los modelos de dos dimensiones, para centrarnos en estructuras ordenadas en tres dimensiones", comenta Link. "Desde ahora, nuestros esfuerzos se enfocarán en hacer éstos experimentos con estructuras reales tridimensionales, usando partículas más pequeñas."Link y sus colegas no están seguros de lo que van a encontrar cuando proyecten un rayo de luz sobre varias capas apiladas de éstas gotas ordenadas... ¡Esto es lo que resulta más estimulante de todo! Podría dividir la luz formando un arco iris, como un prisma, o bien podría afectar la luz de una forma totalmente insospechada.Pero antes de todo, es necesario buscar maneras confiables de organizar las gotas en patrones tridimensionales diversos. Y aquí es donde la baja gravedad se vuelve útil. La ausencia de peso simplifica enormemente el proceso de creación de estructuras 3D a partir de las gotas del fluido. Las diminutas gotas tienen una densidad diferente a la del líquido en el cual se hallan suspendidas. Sobre la superficie de la Tierra flotarían o se hundirían, lo que complica demasiado la configuración siguiendo un patrón predeterminado. En órbita, la falta de gravedad permite a las gotas permanecer suspendidas, facilitando a los investigadores el poder explorar un mayor número de configuraciones, que serían muy difíciles, o incluso imposibles, de realizar en la Tierra.
  
• Weitz dice que su grupo tiene el propósito de diseñar un experimento espacial y, eventualmente, trasladarlo a la Estación Espacial Internacional. Primero, no obstante, es necesario más investigaciones en la Tierra para comprender las propiedades físicas básicas de éstas gotas; (cómo responden a la aplicación de un campo eléctrico, y cómo exactamente éstas respuestas afectan al paso de la luz). Son detalles como éstos los que pueden proporcionar muy pronto a los investigadores una nueva herramienta para utilizar en su siempre progresivo dominio de la luz.