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Nanocristales: así funciona la tecnología que quiere cambiar los televisores en 2015

Nanocristales: así funciona la tecnología que quiere cambiar los televisores en 2015
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El año pasado las televisiones curvas fueron las protagonistas indiscutibles del CES en el área de la imagen. Pero este año no. Aunque las pantallas curvas siguen reclamando su dosis de atención, la innovación que más expectación está despertando en el mundo de las teles es la tecnología Quantum Dots, que podemos traducir como «puntos cuánticos», y que recurre a unos diminutos cristales que prometen ser la base de un nuevo salto cualitativo en el mundo de la imagen.

Sin embargo, lo más curioso es que no estamos ante una tecnología nueva. Las posibles aplicaciones de los nanocristales se idearon hace varias décadas, incluso antes de que la nanotecnología se consolidase como una realidad comercial. De hecho, la posibilidad de utilizar nanocristales para manipular la luz surgió en los años 90, y de eso hace ya dos décadas. En cualquier caso, lo que los usuarios debemos preguntarnos es si realmente esta tecnología mejorará nuestra experiencia, o se trata tan solo de una maniobra más de marketing. Intentemos sacar nuestras propias conclusiones.

Así son los nanocristales

Antes de entrar en detalles lo primero que nos interesa tener presente es que, como podemos deducir, esta tecnología utiliza unas partículas con estructura cristalina realmente diminutas. De hecho, su tamaño es inferior a los 100 nanómetros, y un nanómetro equivale a la mil millonésima parte de un metro, por lo que es la unidad de longitud que obtendremos si somos capaces de dividir un metro en mil millones de trozos idénticos. Dicho de esta forma es fácil imaginar la escala en la que nos estamos moviendo.

Cada una de estas partículas puede contener desde varios centenares de átomos hasta miles de átomos, dependiendo de su composición. Y, además, estos átomos están dispuestos de manera ordenada, que es, precisamente, lo que confiere a la partícula su estructura cristalina. Si observamos un nanocristal a través de un microscopio lo suficientemente potente como para permitirnos verlo, comprobaremos que su forma es similar, aunque no idéntica, a una esfera. Esto se debe a que sus átomos se colocan de manera que se minimice la tensión superficial, que es la que se produce en la parte más externa de la partícula (podemos imaginarla como su contorno), para mantener la estabilidad.

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La estructura o la forma de los nanocristales, su estabilidad y sus propiedades químicas dependen de los átomos que constituyen cada partícula. De hecho, hay nanocristales que son químicamente muy activos, mientras que otros son muy estables. Algunos, los que realmente nos interesan, tienen una propiedad muy curiosa: su estructura les permite modificar la longitud de onda de la luz. Esto fue, precisamente, lo que descubrieron hace casi 34 años los científicos rusos Aleksey Ekimov y Alexander Efros, y fue confirmado y ampliado por el estadounidense Louis E. Brus en 1985, los auténticos responsables de que los «puntos cuánticos» sean una realidad.

Los nanocristales son tan diminutos que sus propiedades están descritas por las leyes de la mecánica cuántica

Los «puntos cuánticos» son un tipo de nanocristales compuestos por materiales semiconductores con unas propiedades muy curiosas debido a que su tamaño, como hemos visto, es tan pequeño que su comportamiento queda descrito por las leyes de la mecánica cuántica, y no podría ser explicado utilizando la mecánica clásica. Sus características electrónicas están definidas, por un lado, por su tamaño, y, por otro, por su forma, lo que explica que actualmente se estén utilizando nanocristales para aplicaciones muy diferentes, como son la tecnología fotovoltaica, el etiquetado biológico, las tecnologías de eliminación de agentes contaminantes… Y, por supuesto, en electrónica.

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En la práctica, los «puntos cuánticos» que son capaces de modificar la longitud de onda de la luz, que son los que se utilizan en las teles, se comportan de una forma similar a las celdas de un panel OLED. Pero tienen algunas propiedades que los hacen más interesantes que estas últimas. Los paneles OLED son sensibles a la humedad y a la oxidación, mientras que los «puntos cuánticos» no lo son. Además, estos últimos pueden depositarse sin problemas sobre un sustrato flexible, lo que los hace idóneos para las teles con superficie curva, e, incluso, para las futuras pantallas enrollables. Y, además, es más fácil y barato fabricar un televisor que incorpore este tipo de nanocristales que una tele OLED.

Esto es lo que pueden hacer por las teles

La clave durante el proceso de fabricación de los puntos cuánticos consiste en controlar con mucha precisión el tamaño de los nanocristales. De esta forma es posible conseguir partículas que brillen en cualquier tono del espectro al ser excitadas por una corriente eléctrica, colores entre los que se encuentran, por supuesto, el rojo, el verde y el azul que necesitamos para componer el color a través de un panel RGB como los utilizados en las teles. Y esto nos lleva a la parte más interesante del post: las ventajas que nos ofrece esta tecnología al integrarla en nuestras teles.

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Según los fabricantes que están apostando por esta innovación, de los que hablaremos al final del post, los nanocristales nos ofrecen una gama cromática más amplia, y, por tanto, un abanico de colores mayor, así como unos negros más profundos. O, lo que es lo mismo, imágenes de más calidad y más parecidas a lo que podemos observar en el mundo real. Además, su eficiencia energética es un 30% mayor que la de la retroiluminación LED convencional, y su brillo puede incrementarse hasta 100 veces.

Los «puntos cuánticos» permiten a las teles que los usan reproducir una gama cromática más amplia, unos negros más profundos y, además, consumir menos energía

Estas ventajas son posibles gracias a la forma en que estos nanocristales interactúan con la luz. La estructura de un panel de retroiluminación LED con tecnología de puntos cuánticos es similar a la de un panel OLED, pero se diferencian en algo importante: su composición. Los nanocristales utilizados en las televisiones se fabrican utilizando cadmio y selenio, y para poder usarlos en una televisión es necesario depositarlos entre una capa de material orgánico y otra de transporte de electrones, como si fuese un sándwich.

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Pero lo realmente importante es que, a diferencia de la iluminación LED blanca tradicional, cuya luz debe ser filtrada primero para corregir la desviación del blanco puro, y «teñida» después para obtener los colores rojo, verde y azul, la tecnología de puntos cuánticos recurre a diodos LED azules, que producen luz azul pura. Después, dos tercios de esa luz estimula un conjunto de puntos cuánticos que modifican su longitud de onda, y, por tanto, emiten únicamente luz roja y verde puras, por lo que ya tenemos los tres tipos de luz que buscamos desde el principio: roja, verde y azul, y, además, con una pureza superior a la que nos ofrece la retroiluminación LED convencional.

¿Es solo marketing, o aporta realmente algo?

Aunque la tecnología de puntos cuánticos ha «explotado» durante la edición del CES que se está celebrando estos días gracias a la presentación de las nuevas teles de Samsung, LG y TCL, en realidad ninguna de estas compañías ha sido pionera en lo que se refiere a la implantación de esta innovación. La primera que la incluyó en sus televisores, y de eso hace ya dos años, fue Sony. De hecho, muchos ya tenemos, algunos sin saberlo, pantallas con puntos cuánticos en casa, y también en el bolsillo. Sony presentó sus primeros dispositivos equipados con estos nanocristales en el CES de 2013, y los llamó Triluminos.

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Actualmente podemos encontrar estas pantallas en algunos de los televisores de la marca, y también en sus tablets y smartphones Xperia de gama alta, por lo que es una tecnología de sobra probada. Yo mismo he podido analizar varios televisores y teléfonos móviles con Triluminos, y, si nos ceñimos a su capacidad de reproducir el color, definitivamente superan las prestaciones de la retroiluminación LED tradicional. Sobre el papel la gama tonal se incrementa en un 150% sobre el NTSC tradicional, y en la práctica esta mejora se percibe claramente. Y su consumo también es algo inferior, por lo que, según mi experiencia, la tecnología de puntos cuánticos no es fruto del marketing, y nos ofrece una mayor calidad de imagen que es fácil apreciar.

Además, el hecho de que dos marcas como Samsung y LG hayan decidido seguir los pasos de Sony indica que han valorado las ventajas que les ofrecen estos nanocristales. A diferencia de las pantallas curvas, que pueden gustar a algunas personas por su estética, los usuarios solo podemos percibir lo que aportan los puntos cuánticos a través de las propias imágenes generadas por el televisor, lo que limita su utilidad como una simple herramienta de marketing.

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Pero este es solo el principio. El hecho de que las marcas puedan fabricar estos televisores utilizando las mismas cadenas y sistemas de producción empleados en las teles LED normales, algo que no ocurre con los dispositivos OLED, contribuirá a que esta tecnología llegue pronto a los televisores económicos. Aun así, se me ocurre un problema algo preocupante: el cadmio utilizado en la fabricación de los nanocristales es uno de los metales más tóxicos que existen. Pero parece que esto está a punto de resolverse. El fabricante de puntos cuánticos Dow Chemical ha anunciado que antes del próximo verano abrirá una nueva planta de fabricación de nanocristales en Corea del Sur que abastecerá principalmente a LG, y que les permitirá prescindir casi totalmente del cadmio. Sin duda, una gran noticia.

Imagen nanocristales | Travis Jennings
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