viernes, 4 de enero de 2013

La evolución de la retroiluminación LED en pantallas

Antes de nada, quiero mencionar el artículo original ya que este es únicamente una traducción. Es un artículo que he encontrado interesante y pienso que ofreciendo una versión en español arrojo algo de luz a la confusión existente entre LED e iluminación tradicional por tubos fluorescentes ya que se utiliza tanto la iluminación LED como elemento de marketing.
Dicho artículo se titula "The Evolution of LED Backlights" y su autor se llama Adam Simmons.
Aclarado el origen del texto e imágenes, aquí os dejo con el contenido.

El ascenso del LED

La retroiluminación LED (Light Emitting Diode, Diodo Emisor de Luz) es 'interesante' para el consumidor ya que ayudan a hacer pantallas más delgadas, ligeras y eficientes. También es una gran tecnología desde el punto de vista del marketing, con fabricantes encantados de dar una distinción entre sus monitores 'LED' (retroiluminación) y sus pantallas 'LCD'.
Esto lleva a la gente a creer ciegamente que la tecnología es completamente diferente de la 'LCD' y no un simple cambio de tipo de retroiluminación del CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp, Lámpara Fluorescente de Cátodo Frío) al LED. Los rápidos ajustes en el brillo también permiten a los fabricantes hacer un mejor uso del «contraste dinámico» que a menudo criticamos en nuestros análisis. Mientras que las bondades de ajustar toda la retroiluminación para acomodar la oscuridad de una escena son cuestionables, es claro que permite jugar con números grandes de contraste aunque no esclarecedores.

Para muchos consumidores la situación parecía «win-win» (todos ganan) con el producto final siendo más delgado, sin mercurio y arsénico y más eficiente energéticamente hablando, consumiendo menos energía y generando menos calor. Mirando más a fondo en los monitores que usan esta tecnología, a medida que se popularizaron pronto se vio que aún había hueco para la retroiluminación fluorescente (CCFL) tradicional. La posibilidad de hacer las cosas más delgadas puede atraer a algunos usuarios estéticamente, pero también tiene sus partes negativas. Aunque hay una gran variabilidad entre los modelos CCFL y LED, muchos LED tienden a ser particularmente delgados y susceptibles de ser curvados durante y después de la fabricación. Esto puede exacerbar los problemas de uniformidad en la iluminación y en particular provocar problemas de filtración de luz y nubosidades.


Delgado, atractivo y relativamente delicado
Sin embargo, el problema principal de las actuales tecnologías LED es el limitado espectro de luz que emiten cuando se comparan con la iluminación WCG-CCFL, que tiene un espectro de color más amplio (WCG, Wide Colour Gamut, Espectro Ancho de Color). Ésta es una razón clave por la que algunos fabricantes han sido lentos en retirar la iluminación CCFL

RGB LED -- Una familia poco común

Una selección pequeña de monitores LED sorteó la limitación del espectro empleando tríos de LED (rojo, verde y azul) para crear la luz blanca de espectro ancho. Esta rara alternativa al WLED (White LED, LED blanco, implementación común explicada más abajo) fue conocida como RGB-LED (Red Green Blue LED, LED Rojo Verde Azul). Algunos modelos notables incluyen los XL20, XL24 y XL30 de Samsung, fabricante que fue de los primeros en introducir las tecnologías LED tanto en monitores como en televisiones. Aunque los diseños RGB-LED ofrecían colores que ni los WCG-CCFL eran capaces de alcanzar, fue una tecnología que nunca llegó a prosperar. Tenía demasiados puntos negativos: coste, tamaño, peso, degradación desigual entre los distintos LED de colores (llevando a desigualdades de color en la pantalla con el paso del tiempo) y una pobre eficiencia energética.
RGB-LED, un espectro de color considerable

 WLED -- una aproximación moderna

A diferencia de los diseños RGB, la mayoría de soluciones LED actuales emplean un borde (en algunos casos grupos) de LED blancos detras o en los laterales de la matriz LCD, a menudo cerca de los bordes utilizando un difusor para difundir la luz por la pantalla. A pesar de llamarse LED «blancos», realmente emiten luz azul que pasa a través de un filtro de fósforo amarillo para dar un blanco más neutral y proveer las componentes rojas y verdes de la imagen. Las primeras versiones de la tecnología (alrededor del 2009-2010) solían sufrir de un obvio e incorregible tinte azul. A medida que los fabricantes se familiarizaron con la tecnología y fueron capaces de ajustar la retroiluminación, los recubrimientos de fósforo y los paneles LCD, este tinte fue desapareciendo. A pesar de estos avances muchos WLED de los monitores modernos aún sufren de ciertos desequilibrios en cuanto al espectro de luz que producen. El gráfico de abajo representa la intensidad relativa de luz en varias longitudes de onda para una iluminación WLED típica moderna.
Espectro típico de WLED
Puedes ver un pico energético que sobresale del resto en la región azul, concretamente en los 450nm (luz considerada azul puro). Este pico viene del diodo azul de la retroiluminación que se compone normalmente de InGaN (nitrito de indio y galio). Una respuesta mucho más débil, de menos de un tercio de la azul, puede ser observada entre los 500nm y los 700nm,  correspondiente a la luz amarilla de la capa de fósforo brillante, YAG (Itrio, Aluminio y Granate). Combinados, el InGaN y YAG producen luz blanca con una temperatura de color (punto blanco) determinada por el ratio InGaN:YAG.
Estas luz es filtrada a través de subpíxeles rojos, verdes y azules del monitor para crear el amplio rango de colores y permitir un mayor refinamiento del punto blanco. Después de filtrar una cantidad considerable de la energía incial, el filtro está lejos de ser perfecto y el desequilibrio inicial aún sigue siendo un problema. Suponiendo que los filtros funcionan como se pretende (es decir, el monitor está debidamente calibrado) el típico monitor WLED será capaz de hacer un buen uso de la potente componente azul para producir fuertes colores azul puro. Las componentes rojas y verdes (creadas a partir del filtro YAG) son relativamente débiles. Estos vacíos en la energía espectral y la relativa falta de intensidad en las longitudes de onda distintas de los 450nm del azul puro, restringen el espectro de color que el típico monitor LED es capaz de reproducir, limitándolo al espacio de color sRGB.
Espectro típico de un monitor WLED
Mirando la reproducción de color con más detalle verás también que la componente azul puede ser sobrecargante. Cuando mezclas esto con la diminuta componente amarilla (verdes y rojos) habrá evidentes deficiencias. Esto es particularmente cierto para los tonos que son mayormente azules pero contienen una pequeña mezcla de cualquiera de los otros colores, puede no parece intuitivo pero la mayor parte de los monitores WLED no son muy buenos mostrando tonalidades de azul.

Una historia similar ocurre con muchos de los monitores CCFL de espectro de color normal cuando tratan de crear tonos de verde. Hay un pico de espectro en el verde y dos picos secundarios en el azul y el rojo. En este ejemplo los picos en el rojo y verde son del 40% de la intensidad del pico verde. Un punto crucial a anotar es que la intensidad relativa de estos picos y la distribución energética para las longitudes de onda circundantes varían considerablemente dependiendo de los fósforos empleados.
Espectro típico de los CCFL

Mejorando los fósforos

Para las luces CCFL hay una gran variedad de fósforos a utilizar, incluyendo los que producen un espectro ancho de color (WCG-CCFL). Aunque el espectro de arriba es típico de los CCFL normales, históricamente ha habido más variación con los CCFL que con los WLED. Pero las cosas están avanzando y hay un creciente numero de excepciones cuando se trata de la luz emitida por luces WLED y parece que algunos desarrollos recientes en iluminación LED han empezado a redefinir las expectaciones por esta tecnología.

Samsung, uno de los principales fabricantes actuales, ha adoptado la iluminación WLED y fue el primer fabricante en utilizarla universalmente en todos sus nuevos modelos. Lanzaron una serie de modelos «Premium» de sus pantallas «Series 7», «Series 8» y «Series 9» que rompieron algunos de los límites tradicionales. Estos modelos incluyen los (T/S)(23/27)(A750/950), (S24/27)A850 y el S27B970D. Hacen uso de unos fósforos mejorados con espectro mejorado para aumentar la energía en la región amarilla. Esto es particularmente cierto para los modelos PLS de alta gama que muestran un aumento significante en este área. Estos fósforos mejorados mejoran la cobertura en las secciones roja y verde del espectro de color además de expandir el rango de tonos azules que pueden ser reproducidos.
Espectro del S27B970D -- sobrepasando el sRGB

De vuelta al diseño

Aunque puede parece bueno desde algunas perspectivas el superar el espectro sRGB ya que permite tonos más intensos, lo que realmente sería preferible es alcanzar el siguiente nivel de espectro para trabajos que dependan del color y ofrecer todo el potencial de intensidad. Esto es exactamente lo que los fabricantes tratan de hacer, con LG Display empezando a integrar un tipo modificado de WLED llamado GB-LED. En vez de usar un diodo azul recubierto con fósforo amarillo, lo que hace es combinar diodos azules y verdes con un fósforo rojo. Tal y como se muestra debajo, esto crea unas potentes señales para el azul, verde y rojo en vez de dar un pico azul y una amplia región amarilla. Esta tecnología se está implementando en los paneles AH-IPS (Advanced High-performance In-Plane Switching) tales como los de 24” LM240WU9, 27” LM270WQ3 y 30” LM270WQ6. Están diseñados para mostrar el 99% de la gama de colores Adobe RGB y el 104% de la NTSC, lo que excede los actuales 98% de Adobe RGB y 102% de NTSC del típico WCG-CCFL.
Espectro típico de GB-LED
Ya hay algunos monitores en el horizonte que utilizan GB-LED para su retroiluminación, incluyendo los LG 27EA83, Dell U2413 y Dell U2713H. Estas pantallas no son baratas, en parte debido a que la configuración de la retroiluminación es relativamente cara de implementar en comparación con los diseños WLED más tradicionales. Cabe mencionar que está en desarrollo una nueva tecnología por parte de la empresa Nanosys que podría ofrecer una alternativa de menor coste. Esta tecnología se llama «Quantum Dot Enhancement Film» (QDEF) que cambia la retroiluminación LED tal y como la conocemos. Los diodos azules siguen siendo utilizados, pero el recubrimiento de fósforo y el difusor son reemplazados por una película especial de fósforos nanoscópicos llamados «Quantum Dots» tal y como se ilustra debajo.
QDEF -- Quantum Dot Enhancement Film
Hay trillones de «Quantum Dots» en dichas películas. Pueden ser ajustadas físicamente (alternando su tamaño) para controlar las longitudes de onda de la luz emitida una vez son excitados por la fuente de luz. El componente azul es suministrado en abundancia en la luz emitida por el diodo mientras que las componentes roja y azul pueden ser creadas por los Quantum Dots ajustados. Con ello se proporciona los tres picos de luz en las bandas azul, verde y roja requeridos para cubrir los el espectro de color extendido. La gama de colores producida es comparable a la del diseño WLED adaptado para cubrir Adobe RGB. Debajo se ilustra el espectro de luz, sacado del blog de Jeff Yurek's (Gestor de marketing de producto en Nanosys).
Espectro QDEF
Para saber más acerca de en qué punto se encuentra la tecnología desde el punto de vista de un monitor de PC hablamos con Jeff Yurek directamente. Nos contó que la meta inicial era integrar QDEF en pantallas portables como los tablet PC, pero que también espera ver un gran interés por parte de los fabricantes de pantallas de gran tamaño.
Un importante atractivo de QDEF es su fácil integración con los diseños LCD existentes -- la película es más fina que la típica hoja de papel y simplemente reemplaza componentes ya existentes. También es neutral en cuanto a coste, a diferencia de los caros diseños multidiodo y fósforo mejorado actualmente empleados por LG Display. Los diodos azules desnudos no necesitan un tratamiento de fósforo por separado, únicamente deja pasar la luz por una película que es comparable al coste del sistema de fósforo y difusor. Es más, la película en sí misma ha demostrado una durabilidad en el tiempo para el uso en TV y monitores equivalente a 30.000 horas (que es comparable o incluso mejor que las retroiluminaciones LED de hoy día).

El primer objetivo de la tecnología QDEF es traer espacios de color extendido al usuario sin comprometer forma, coste o funcionalidad de los monitores LCD actuales. La película está actualmente diseñada para cubrir la gama Adobe RGB completa con el potencial de extenderse más allá del espectro NTSC. Al igual que GB-LED, esto da a las pantallas el potencial de imitar mejor los colores que podemos ver en la vida real y crear escenas más realistas.

Haciendo uso de los colores extra

Para poder mostrar este contenido vívido y colorido, el propio colorido debe estar específicamente creado para espacios de color tales como Adobe RGB. Actualmente los únicos usuarios que pueden realmente sacar ventaja de esto son los profesionales del color, fotógrafos y diseñadores que pueden crear y procesar contenido con una gama amplia de color. A medida que las capacidades de gama extendida de color son cada vez más comunes, el límite sRGB se torna en algo a emular más que una restricción tecnológica. Será natural ver cómo se migra del espacio sRGB a otras gamas con más colores. Diseñadores, creadores de cine y otros en la industria con los que hemos hablado están encantados de ver esto ya que les permite expresar mejor sus esfuerzos creativos y dar al consumidor el tipo de entretenimiento fascinante que desean. Jeff Yurek reitera esto y apuntó que los estudios Pixar usan una paleta de colores masiva para sus creaciones, sin embargo mucho del detalle se pierde una vez se transforma al espacio de colores sRGB.

Adoptar un espacio de color más amplio no es algo que pasará de la noche a la mañana y ciertamente hay necesidad de que el hardware también soporte sRGB debidamente. Esto puede ser hecho con cierto éxito mediante modos de emulación que son comunes en monitores de espectro amplio. Pero puede haber algo de confusión si los desarrolladores empiezan a generar contenido para espacios extendidos como AdobeRGB mientras otros continúan usando sRGB -- no podemos fiarnos de que los contenidos estén etiquetados adecuadamente con el espacio de color que utilizan. Jeff subrayó que hay software capaz de traducir contenido sRGB en espacios de color más amplios. Esto es así para mejorar la viveza de la imagen sin una masiva saturación surrealista a la par que se mantiene la debida variedad tonal. Una tecnología parecida podría ser implementada a nivel hardware -- que podría inteligentemente detectar si el material fuente es sRGB y necesita de corrección o si se trata de material con una gama de color extendida y por tanto se puede dejar sin tocar.

Conclusión

Cuando la retroiluminación LED se empleó por primera vez por parte de los fabricantes, todos publicitaron con gran entusiasmo lo que esencialmente eran beneficios artificiales o confusos. A medida que la tecnología ha sido adoptada masivamente ha quedado claro que no era algo «win-win» con lo que ganaban todos a favor de las luces WLED. En algunas áreas, particularmente las de abarque de gama de color, los CCFL podían ofrecer ventajas significantes y claramente visibles. Los fabricantes de paneles LCD han empezado ahora a subir el nivel en este tema, experimentando con fósforos mejorados y disposiciones de diodos alternativas para mejorar la gama de colores que pueden reproducir los monitores.

Algunos desarrollos interesantes se están realizando en paralelo. Grandes fabricantes como LG Display, Samsung y AU Optronics (AUO) están desarrollando tecnologías tales como OLED y QLED, prometiendo mejores colores, contrastes increíbles y unos tiempos de respuesta excelentes. Pero para el uso en monitores de escritorio hay todavía algunos problemas técnicos y económicos que hay que superar. Estos monitores están todavía algo lejos de ser comercialmente viables en el sector de consumo.
Quantum Dot LED (QLED)
Otra tecnología interesante que es mucho más cercana a convertirse una realidad utiliza Quantum Dots para emitir luz en diseños LCD existentes, la QDEF (Quantum Dot Enhancement). Proporciona mejor rendimiento en reproducción de color que los actuales LED básicos. A diferencia de los sistemas avanzados con diodos y fósforos la película QDEF sustituye a los recubrimientos de fósforo de los diodos azules y puede ser implementada por fabricantes sin ningún coste adicional en materiales. De igual modo que con el sistema mejorado GB-LED de LG y otras técncias alternativas como OLE>D y QLED, QDEF está diseñado para reproducir colores más allá de sRGB.

Veremos más y más monitores pasar gustosamente del pequeño y apretado espacio sRGB para mostrar adecuadamente otros estándares como Adobe RGB sin necesitar tecnologías voluminosas y/o con altos requerimientos energéticos. Esto dará a los creadores de contenidos la oportunidad de dar a las escenas el aspecto que desean con colores realmente vivos, espectaculares y fieles a la realidad. Esto es una visión excitante para desarrolladores de videojuegos, creadores de películas, artistas y diseñadores -- y por supuesto para el consumidor en el otro lado.

2 comentarios:

  1. Excitante => emocionante.

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  2. no me queda claro si una pantalla led es igual que una wled, ni las diferenias.
    cual es mejor

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