LCD retroiluminado por LED

Una pantalla LCD con retroiluminación LED es una pantalla de cristal líquido que utiliza LED para la retroiluminación en lugar de la retroiluminación fluorescente de cátodo frío (CCFL) tradicional. ^[1] Las pantallas con retroiluminación LED utilizan las mismas tecnologías TFT LCD ( pantalla de cristal líquido con transistor de película fina ) que las LCD con retroiluminación CCFL, pero ofrecen una variedad de ventajas sobre ellas.

Los televisores que utilizan una combinación de retroiluminación LED con un panel LCD a veces se anuncian como televisores LED , aunque en realidad no son pantallas LED . ^{[1] [2]}

Las pantallas LCD retroiluminadas no pueden lograr negros verdaderos para los píxeles, a diferencia de las pantallas OLED y microLED . Esto se debe a que incluso en el estado "apagado", los píxeles negros aún permiten que pase algo de luz de la luz de fondo. Algunas pantallas LCD retroiluminadas por LED utilizan zonas de atenuación local para aumentar el contraste entre las áreas brillantes y oscuras de la pantalla, pero esto puede resultar en un efecto de "floración" o "halo" en los píxeles oscuros dentro o adyacentes a una zona iluminada. ^[3]

En comparación con las retroiluminaciones CCFL anteriores, el uso de LED para la retroiluminación ofrece:

• Gama de colores más amplia (con LED RGB o QDEF) ^{[4] [5]} y rango de atenuación ^{[6] [7]}
• Mayor relación de contraste
• Muy delgado (algunas pantallas tienen menos de 0,5 pulgadas (13 mm) de espesor en paneles con iluminación de borde)
• Significativamente más liviano y más fresco, hasta la mitad del peso total del chasis y del sistema de un CCFL comparable
• Generalmente, un consumo de energía entre un 20 % y un 30 % menor y una vida útil más larga
• Mayor confiabilidad ^[8]

Las retroiluminaciones LED reemplazan las lámparas CCFL (fluorescentes) con unos pocos o varios cientos de LED blancos, RGB o azules. Una pantalla LCD con retroiluminación LED puede tener iluminación directa o de borde: ^[9]

• Iluminación de borde (ELED): los LED forman una línea alrededor del borde de la pantalla. También pueden admitir:
  • Atenuación del marco: ajusta el brillo de toda la luz de fondo en función del contenido mostrado, como si se admitiera la atenuación local pero solo con una única zona
  • Atenuación local: múltiples zonas verticales u horizontales se controlan individualmente
• Iluminación directa (DLED) o matriz completa: los LED forman una matriz directamente detrás de la pantalla a intervalos espaciados de manera uniforme. También pueden admitir:
  • Atenuación del marco: ajusta el brillo de toda la luz de fondo en función del contenido mostrado, como si se admitiera la atenuación local pero solo con una única zona
  • Atenuación local: varios grupos de LED iluminados directamente (rectángulos) se controlan individualmente. Comúnmente se denomina atenuación local de matriz completa (FALD).

Además, a menudo se utiliza un panel de difusión especial (placa guía de luz, LGP) para distribuir la luz de manera uniforme detrás de la pantalla.

El método de atenuación local de la retroiluminación permite controlar dinámicamente el nivel de intensidad de la luz de áreas específicas de oscuridad en la pantalla, lo que da como resultado relaciones de contraste dinámico mucho más altas, aunque a costa de menos detalles en objetos pequeños y brillantes sobre un fondo oscuro, como campos de estrellas o detalles de sombras. ^[10]

Un estudio de 2016 de la Universidad de California (Berkeley) sugiere que la mejora visual percibida subjetivamente con material de fuente de contraste común se estabiliza en aproximadamente 60 zonas de atenuación local de LCD. ^[11]

Las pantallas LCD retroiluminadas por LED no se iluminan solas (a diferencia de los sistemas LED puros). Existen varios métodos para retroiluminar un panel LCD mediante LED, incluido el uso de matrices de LED blancos o RGB (rojo, verde y azul) detrás del panel y la iluminación LED de borde (que utiliza LED blancos alrededor del marco interior del televisor y un panel de difusión de luz para distribuir la luz de manera uniforme detrás del panel LCD). Las variaciones en la retroiluminación LED ofrecen diferentes beneficios. El primer televisor LCD retroiluminado por LED de matriz completa comercial fue el Sony Qualia 005 (presentado en 2004), ^{[12] [13] [14 ] [15] [16]} que utilizó matrices de LED RGB para producir una gama de colores aproximadamente el doble de la de un televisor LCD CCFL convencional. Esto fue posible porque los LED rojos, verdes y azules tienen picos espectrales nítidos que (combinados con los filtros del panel LCD) dan como resultado una filtración significativamente menor a los canales de color adyacentes. Los canales de filtración no deseados no "blanquean" tanto el color deseado, lo que da como resultado una gama más amplia. La tecnología LED RGB sigue utilizándose en los modelos LCD BRAVIA de Sony . La retroiluminación LED que utiliza LED blancos produce una fuente de espectro más amplio que alimenta los filtros individuales del panel LCD (similar a las fuentes CCFL), lo que da como resultado una gama de visualización más limitada que los LED RGB a un menor costo. ^{[ cita requerida ]}

Los televisores descritos como "televisores LED" están basados ​​en LCD, con LED controlados dinámicamente utilizando la información de video ^[17] (control dinámico de luz de fondo o luz de fondo LED de "atenuación local" dinámica, también comercializada como HDR, televisión de alto rango dinámico, inventada por los investigadores de Philips Douglas Stanton, Martinus Stroomer y Adrianus de Vaan ^{[18] [19] [20]}

La evolución de los estándares energéticos y las crecientes expectativas del público en relación con el consumo de energía hicieron necesario que los sistemas de retroiluminación gestionaran su energía. Al igual que para otros productos electrónicos de consumo (por ejemplo, refrigeradores o bombillas), se aplican categorías de consumo de energía para los televisores. ^[21] Se han introducido estándares para las clasificaciones de energía para los televisores, por ejemplo, en los EE. UU., la UE, Australia ^[22] y China. ^[23] Un estudio de 2008 ^[24] mostró que entre los países europeos el consumo de energía es uno de los criterios más importantes para los consumidores cuando eligen un televisor, tan importante como el tamaño de la pantalla. ^[25]

Utilizando PWM (modulación por ancho de pulso), una tecnología donde la intensidad de los LED se mantiene constante pero el ajuste del brillo se logra variando un intervalo de tiempo de parpadeo de estas fuentes de luz de intensidad de luz constante, ^[26] la luz de fondo se atenúa al color más brillante que aparece en la pantalla mientras que simultáneamente aumenta el contraste de la pantalla LCD a los niveles máximos alcanzables, aumentando drásticamente la relación de contraste percibida, aumentando el rango dinámico, mejorando la dependencia del ángulo de visión de la pantalla LCD y reduciendo drásticamente el consumo de energía. ^{[ aclaración necesaria ]}

La combinación del control dinámico de la retroiluminación LED ^[18] en combinación con polarizadores reflectantes y películas prismáticas (inventadas por los investigadores de Philips Adrianus de Vaan y Paulus Schaareman ^[27] hacen que estos televisores "LED" (LCD) sean mucho más eficientes que los televisores basados ​​en CRT anteriores, lo que lleva a un ahorro energético mundial de 600 TWh en 2017, equivalente al 10% del consumo de electricidad de todos los hogares del mundo, o el doble de la producción de energía de todas las células solares del mundo. ^{[28] [29]}

Las películas de polarización prismática y reflectante se logran generalmente utilizando las llamadas películas DBEF fabricadas y suministradas por 3M. ^{[30] [31]} Estas películas de polarización reflectante que utilizan cristales líquidos polimerizados orientados uniaxialmente (polímeros birrefringentes o pegamento birrefringente) fueron inventadas en 1989 por los investigadores de Philips Dirk Broer, Adrianus de Vaan y Joerg Brambring. ^[32]

BrightSide Technologies presentó públicamente en 2003 una primera retroiluminación LED con "atenuación local" dinámica, ^[33] y luego la introdujo comercialmente para mercados profesionales (como la posproducción de video). ^[34] Sony introdujo por primera vez la iluminación LED de borde en septiembre de 2008 en el BRAVIA KLV-40ZX1M de 40 pulgadas (1000 mm) (conocido como ZX1 en Europa). La iluminación LED de borde para LCD permite una carcasa más delgada; el Sony BRAVIA KLV-40ZX1M tiene 1 cm de espesor y otros también son extremadamente delgados. ^{[ cita requerida ]}

Las pantallas LCD retroiluminadas por LED tienen una vida útil más larga y una mejor eficiencia energética que los televisores de plasma y LCD CCFL . ^[35] A diferencia de las retroiluminaciones CCFL, los LED no utilizan mercurio en su fabricación, que es un contaminante ambiental. Sin embargo, se utilizan otros elementos (como el galio y el arsénico ) en la fabricación de los emisores LED; existe un debate sobre si son una mejor solución a largo plazo para el problema de la eliminación de pantallas. ^{[ cita requerida ]}

Debido a que los LED se pueden encender y apagar más rápidamente que las CCFL y pueden ofrecer una mayor salida de luz, en teoría es posible ofrecer relaciones de contraste muy altas. Pueden producir negros profundos (LED apagados) y alto brillo (LED encendidos). Sin embargo, las mediciones realizadas a partir de salidas de blanco y negro puro se complican porque la iluminación LED de borde no permite reproducir estas salidas simultáneamente en la pantalla. ^{[ aclaración necesaria ]}

En 2017 se estaban investigando retroiluminaciones mini-LED de matriz completa, compuestas por varios miles de WLED, para televisores y dispositivos móviles. ^[36]

Los LED blancos en las retroiluminaciones LED pueden utilizar fósforos de silicato especiales, que son más brillantes pero se degradan más rápido. ^[37] El tamaño de los LED es uno de los factores que determina el tamaño del bisel de las pantallas LCD con retroiluminación LED. ^[38]

Los puntos cuánticos son fotoluminiscentes ; son útiles en las pantallas porque emiten luz en distribuciones normales estrechas y específicas de longitudes de onda . Para generar luz blanca más adecuada como retroiluminación de LCD, partes de la luz de un LED que emite azul se transforman mediante puntos cuánticos en luz verde y roja de ancho de banda pequeño, de modo que la luz blanca combinada permite que los filtros de color RGB del panel LCD generen una gama de colores casi ideal . Los puntos cuánticos pueden estar en una capa separada como una película de mejora de puntos cuánticos, o reemplazar las resistencias verdes y rojas basadas en pigmentos que se usan normalmente en los filtros de color de LCD. Además, se mejora la eficiencia, ya que los colores intermedios ya no están presentes y no tienen que ser filtrados por los filtros de color de la pantalla LCD . Esto puede dar como resultado una pantalla que reproduce con mayor precisión los colores en el espectro visible . Las empresas que desarrollan soluciones de puntos cuánticos para pantallas incluyen Nanosys , 3M como licenciatario de Nanosys, QD Vision de Lexington , Massachusetts , EE. UU. y Avantama de Suiza. ^{[39] [40]} Varios fabricantes de televisores demostraron este tipo de retroiluminación en el Consumer Electronics Show 2015. ^[41] Samsung presentó sus primeras pantallas de puntos cuánticos "QLED" en el CES 2017 y luego formó la "QLED Alliance" con Hisense y TCL para comercializar la tecnología. ^{[42] [43]}

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Las pantallas mini LED son LCD retroiluminados con LED con retroiluminación basada en mini-LED que admite más de mil zonas de atenuación local de matriz completa (FALD), lo que proporciona negros más profundos y una relación de contraste más alta. ^{[44] Un ejemplo de un producto que utiliza retroiluminación Mini LED es} el iPad Pro de 12,9 pulgadas del año 2021 de Apple . ^[45]

Las luces de fondo LED suelen atenuarse aplicando una modulación de ancho de pulso a la corriente de alimentación, lo que hace que la luz de fondo se apague y encienda más rápido de lo que el ojo puede percibir. Si la frecuencia del pulso de atenuación es demasiado baja o el usuario es sensible al parpadeo, esto puede causar molestias y fatiga visual similares al parpadeo de las pantallas CRT a frecuencias de actualización más bajas . ^[46] Esto se puede comprobar simplemente moviendo una mano frente a la pantalla; si parece tener bordes bien definidos al moverse, la luz de fondo está pulsando a una frecuencia bastante baja. Si la mano parece borrosa, la pantalla tiene una luz de fondo iluminada de forma continua o está funcionando a una frecuencia demasiado alta para percibirla. El parpadeo se puede reducir (o eliminar) configurando la pantalla al brillo máximo, aunque esto puede degradar la calidad de la imagen y aumentar el consumo de energía. ^{[ cita requerida ]}

• Cinta de uniformidad

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