Bienvenido a Smartphone Futurology. En esta nueva serie de artículos llenos de ciencia, Naciones móviles el colaborador invitado Shen Ye explica las tecnologías actuales que se utilizan en nuestros teléfonos, así como las cosas de vanguardia que aún se están desarrollando en el laboratorio. Hay bastante ciencia por delante, ya que muchas de las discusiones futuras se basan en artículos con una gran cantidad de jerga técnica, pero hemos intentado que las cosas sean tan sencillas como posible. Entonces, si desea profundizar en cómo funcionan las entrañas de su teléfono, esta es la serie para usted.
Un nuevo año trae la certeza de nuevos dispositivos con los que jugar, por lo que es hora de mirar hacia adelante y ver lo que podríamos ver en los teléfonos inteligentes del futuro. La primera entrega de la serie analizó las novedades en tecnología de baterías.. La segunda parte de la serie analiza lo que quizás sea el componente más importante de cualquier dispositivo: la pantalla en sí. En un dispositivo móvil moderno, la pantalla actúa como el dispositivo principal de entrada y salida. Es la parte más visible del teléfono y uno de sus componentes que más energía consume. En los últimos años, hemos visto que las resoluciones (y tamaños) de pantalla llegan a la estratosfera, hasta el punto en que muchos teléfonos ahora incluyen pantallas de 1080p o más. Pero el futuro de las pantallas móviles va más allá del tamaño y la densidad de píxeles. Sigue leyendo para saber más.
Sobre el Autor
Shen Ye es desarrollador de Android y licenciado en Ciencias Químicas por la Universidad de Bristol. Atrápalo en Twitter @shen y Google+ + ShenYe.
Más en esta serie
Asegúrese de consultar la primera entrega de nuestra serie Smartphone Futurology, que cubre el futuro de la tecnología de baterías. Siga esperando más en las próximas semanas.
Hace solo 5 años el líder teléfono Android insignia tienen una pantalla HVGA de 320 × 480 de 3,2 pulgadas, con una densidad de píxeles de 180 PPI. Steve Jobs proclamó que "el número mágico ronda los 300 píxeles por pulgada" cuando se lanzó el iPhone 4, con su pantalla Retina, en 2010. Ahora tenemos pantallas QHD de 5.5 pulgadas con 538 PPI, muy por encima de la resolución del ojo humano cuando se mantienen a 20 cm de distancia. Sin embargo, con accesorios de realidad virtual como Google Cardboard y Samsung Gear VR que usan nuestros teléfonos, sin mencionar los derechos de fanfarronear que acompañan a las pantallas más nítidas, los fabricantes continúan buscando resoluciones más altas para sus dispositivos insignia.
En este momento, los tres tipos de pantallas más populares en el mercado son LCD, AMOLED y E-ink. Antes de hablar sobre las próximas mejoras para cada una de estas tecnologías, aquí hay una breve explicación de cómo funciona cada una de ellas.
LCD (pantalla de cristal líquido)
La tecnología central de las pantallas LCD tiene décadas de antigüedad.
Las pantallas LCD han existido durante décadas: el mismo tipo de tecnología utilizada en las pantallas modernas de computadoras portátiles y teléfonos inteligentes alimentaba las pantallas de las calculadoras de bolsillo en la década de 1990. Los cristales líquidos (CL) son exactamente como su nombre lo indica, un compuesto que existe en la fase líquida a temperatura ambiente con propiedades cristalinas. No pueden producir su propio color, pero tienen una habilidad especial para manipular la luz polarizada. Como sabrá, la luz viaja en forma de onda, y cuando la luz sale de una fuente de luz, las ondas están en todos los grados de orientación. Un filtro polarizador puede filtrar todas las ondas que no estén alineadas con él, produciendo luz polarizada.
La fase más común de las LC se conoce como fase nemática, donde las moléculas son esencialmente cilindros largos que se autoalinean en una sola dirección como imanes de barra. Esta estructura hace que la luz polarizada que la atraviesa gire, propiedad que le da a las pantallas LCD la capacidad de mostrar información.
Cuando la luz está polarizada, solo podrá pasar un filtro polarizador si los dos están alineados en el mismo plano. Hace un siglo, se descubrió la Transición Fréedericksz, que proporcionó la capacidad de aplicar una campo eléctrico o magnético en una muestra LC y cambiar su orientación sin afectar la orden cristalino. Este cambio de orientación puede alterar el ángulo en el que el LC puede rotar la luz polarizada y este fue el principio que permite que los LCD funcionen.
En el diagrama de arriba, la luz de la luz de fondo está polarizada y pasa a través de la matriz de cristal líquido. Cada subpíxel de cristal líquido está controlado por su propio transistor que ajusta la rotación de la luz polarizada, que pasa a través de un filtro de color y un segundo polarizador. El ángulo de polarización de la luz que sale de cada subpíxel determina cuánto puede pasar a través del segundo polarizador, que a su vez determina el brillo del subpíxel. Tres subpíxeles forman un solo píxel en una pantalla: rojo, azul y verde. Debido a esta complejidad, una variedad de factores afectan la calidad de la pantalla, como la intensidad del color, el contraste, las velocidades de cuadro y los ángulos de visión.
AMOLED (diodo emisor de luz orgánico de matriz activa)
Samsung es uno de los principales innovadores en llevar AMOLED a dispositivos móviles.
Samsung Mobile ha sido uno de los principales innovadores en traer pantallas AMOLED a la industria móvil, con todas sus pantallas fabricadas por su empresa hermana Samsung Electronics. Las pantallas AMOLED son elogiadas por sus "verdaderos negros" y la intensidad del color, aunque pueden sufrir quemaduras y sobresaturación de la imagen. A diferencia de las pantallas LCD, no utilizan luz de fondo. Cada subpíxel es un LED que produce su propia luz de un color específico, que es dictada por la capa de material entre los electrodos, conocida como capa emisiva. La falta de luz de fondo es la razón por la que las pantallas AMOLED tienen negros tan profundos y esto también brinda el beneficio del ahorro de energía cuando se muestran imágenes más oscuras.
Cuando se activa un subpíxel, una corriente específica para la intensidad requerida pasa a través del emisor capa entre los electrodos, y el componente de la capa emisiva convierte la energía eléctrica en ligero. Al igual que con la pantalla LCD, un solo píxel está (generalmente) formado por tres subpíxeles rojo, azul y verde. (La excepción aquí son las pantallas PenTile, que utilizan una variedad de patrones de matriz de subpíxeles irregulares). Cada subpíxel produce su propio luz la alta energía puede causar un deterioro en los subpíxeles, lo que conduce a una menor intensidad de luz que se puede observar como pantalla quemada. Los LED azules tienen la mayor energía y nuestra sensibilidad al azul es menor, por lo que deben encenderse aún más, lo que acelera este deterioro.
E-ink (tinta electroforética)
E-ink ha tenido un desempeño fenomenal en la industria de los lectores electrónicos, sobre todo en el Kindle de Amazon. (La pantalla de papel electrónico de Pebble es ligeramente diferente). La firma rusa YotaPhone incluso ha hecho Los telefonos con una pantalla trasera de tinta electrónica.
Hay dos ventajas principales de E-ink sobre LCD y AMOLED. La primera es puramente estética, la apariencia y la falta de deslumbramiento atrae a los lectores ya que se acerca a la apariencia del papel impreso. El segundo es el consumo de energía sorprendentemente bajo: no hay necesidad de luz de fondo y el estado de cada píxel no necesita energía para mantenerse, a diferencia de LCD y AMOLED. Las pantallas de tinta electrónica pueden mantener una página en la pantalla durante períodos de tiempo muy largos sin que la información se vuelva ilegible.
Contrariamente a la creencia popular, la "E" no significa "electrónico", sino su mecanismo "electroforético". La electroforesis es un fenómeno en el que las partículas cargadas se mueven cuando se le aplica un campo eléctrico. Las partículas de pigmento blanco y negro tienen carga negativa y positiva, respectivamente. Al igual que los imanes, las cargas iguales se repelen y las cargas opuestas se atraen. Las partículas se almacenan dentro de microcápsulas, cada una de la mitad del ancho de un cabello humano, llenas de un fluido aceitoso para que las partículas se muevan. El electrodo trasero puede inducir una carga positiva o negativa en la cápsula, lo que determina el color visible.
El futuro
Con una comprensión básica de cómo funcionan estas tres pantallas, podemos ver las mejoras que se avecinan.
LCD en cascada
Crédito de la imagen: NVIDIA
LCD en cascada es un término elegante para apilar un par de pantallas LCD una encima de la otra con un ligero desplazamiento
NVIDIA publicó un artículo que detalla sus experimentos para cuadriplicar las resoluciones de pantalla con cascada pantallas, un término elegante para apilar un par de pantallas LCD una encima de la otra con un ligero compensar. Con algo de hechicería de software, basado en algunos grave algoritmos matemáticos, pudieron convertir cada píxel en 4 segmentos y esencialmente cuadruplicar la resolución. Ven esto como una forma potencial de fabricar pantallas 4K baratas al fusionar dos paneles LCD de 1080p para usar en la industria de la realidad virtual.
El grupo imprimió en 3D un conjunto de casco de realidad virtual para su prototipo de pantalla en cascada como prueba de concepto. Con los fabricantes de teléfonos compitiendo para fabricar dispositivos cada vez más delgados, es posible que nunca veamos pantallas en cascada en nuestro futuro smartphone, pero los resultados prometedores pueden significar que obtendremos monitores 4K en cascada a un precio muy razonable. precio. Recomiendo encarecidamente echar un vistazo El papel de NVIDIA, es una lectura interesante con varias imágenes comparativas.
Puntos cuánticos
Crédito de la imagen: PlasmaChem GmbH
La mayoría de las pantallas LCD actualmente disponibles en el mercado utilizan una CCFL (lámpara fluorescente de cátodo frío) o LED para la luz de fondo. Los LED-LCD han comenzado a convertirse en la opción preferida, ya que tienen mejores gamas de colores y contraste que CCFL. Recientemente, las pantallas LED-LCD de puntos cuánticos han comenzado a aparecer en el mercado como reemplazo de la retroiluminación LED, y TCL anunció recientemente su televisor 4K de 55 "con puntos cuánticos. Según un artículo de QD Vision1 la gama de colores de una pantalla LCD retroiluminada QD supera la de OLED.
En realidad, puede encontrar pantallas mejoradas QD en el mercado de tabletas, sobre todo en el Kindle Fire HDX. La ventaja de los QD es que se pueden ajustar para producir el color específico que desea el fabricante. Después de que numerosas empresas muestren sus televisores de puntos cuánticos en el CES, 2015 puede ser el año en que las pantallas mejoradas QD lleguen al mercado masivo de teléfonos, tabletas y monitores.
Aditivos de cristal líquido
Crédito de la imagen: Rajratan Basu, Academia Naval de EE. UU.2
Los grupos de investigación de todo el mundo están buscando activamente cosas para agregar a los cristales líquidos para ayudar a estabilizarlos. Uno de estos aditivos es nanotubos de carbon (CNT)3. Con solo agregar una pequeña cantidad de CNT se pudo reducir la Transición Fréedericksz, explicado arriba, por lo que condujo a un menor consumo de energía y una conmutación más rápida (velocidades de cuadro más altas).
Todo el tiempo se están haciendo más descubrimientos en aditivos. Quién sabe, tal vez eventualmente tengamos cristales líquidos tan bien estabilizados que no necesitarán voltaje para mantener su estado y con muy poco consumo de energía. Es muy probable que las pantallas LCD de memoria de Sharp utilicen tecnología similar con su bajo consumo de energía y "píxeles persistentes". A pesar de que esta implementación es monocromática, la eliminación de la luz de fondo la convierte en un competidor de las pantallas de tinta electrónica.
Pantallas LCD transflectivas
Las pantallas LCD transflectivas podrían eliminar la necesidad de una luz de fondo, ahorrando energía en el proceso.
Una pantalla LCD transflectiva es una pantalla LCD que refleja y transmite luz. Elimina la necesidad de una luz de fondo bajo la luz del sol o en condiciones brillantes, lo que reduce significativamente el consumo de energía. La luz de fondo también es tenue y de baja potencia, ya que solo se necesita en la oscuridad. El concepto ha existido durante algunos años, ahora y se ha utilizado en relojes LCD, despertadores e incluso en un pequeño netbook.
La razón principal por la que es posible que no haya oído hablar de ellos es su costo inicial prohibitivamente alto para el fabricante en comparación con el TFT estándar. LCD. Todavía tenemos que ver pantallas transflectivas utilizadas en teléfonos inteligentes, posiblemente porque tendrían dificultades para venderlas al público en general. consumidor. Las demostraciones de teléfono en vivo y las unidades de visualización son una de las mejores formas de atraer a un cliente, por lo que los minoristas tienden a aumentar la configuración de brillo en las unidades de demostración para captar la atención de los compradores potenciales, la retroiluminación de baja potencia en las pantallas transflectivas lo pasaría mal compitiendo. Será cada vez más difícil para ellos ingresar al mercado con la retroiluminación de LCD cada vez más eficiente y las pantallas de tinta electrónica en color ya patentadas.
Pantallas de corrección de la visión
Algunos lectores pueden conocer a alguien con hipermetropía que tiene que sostener su teléfono a la distancia de un brazo o configurar la fuente de su pantalla en enorme solo para leerlo (o ambos). Los equipos de UC Berkeley, MIT y Microsoft se unieron para producir pantallas de corrección de la visión utilizando tecnología de campo de luz, concepto similar al que se encuentra en las cámaras Lytro. El campo de luz es una función matemática que describe la cantidad de luz que viaja en todas direcciones a través de cada posición en el espacio, que es como funciona el sensor de las cámaras Lytro.
Los investigadores pudieron utilizar la tecnología de campo de luz para modificar las pantallas de los dispositivos para los usuarios con hipermetropía.
Crédito de la imagen: MIT
Todo lo que la pantalla de corrección de la visión necesita es la prescripción óptica para alterar computacionalmente la forma en que la luz de la pantalla ingresa a los ojos del usuario para lograr una claridad perfecta. Lo mejor de esta tecnología es que las pantallas convencionales se pueden modificar para lograr la corrección de la visión. En sus experimentos, se equipó una pantalla de iPod Touch de cuarta generación (326 PPI) con un filtro de plástico transparente. Distribuida por todo el filtro hay una serie de poros ligeramente desplazados a la matriz de píxeles, con el agujeros lo suficientemente pequeños para difractar la luz y emitir un campo de luz lo suficientemente amplio como para entrar en ambos ojos del usuario. El software computacional puede alterar la luz que sale de cada uno de los agujeros.
Sin embargo, la pantalla tiene algunas desventajas. Para empezar, el brillo es ligeramente más tenue. Los ángulos de visión también son muy estrechos, similares a los de las pantallas 3D sin gafas. El software solo puede afinar la pantalla para una sola prescripción a la vez, por lo que solo un usuario puede usar la pantalla a la vez. El software actual utilizado en el documento no funciona en tiempo real, pero el equipo ha demostrado que su pantalla funciona con las imágenes fijas. La tecnología es adecuada para dispositivos móviles, monitores de PC y portátiles y televisores.
Transistores de cristal IGZO
IGZO (óxido de indio, galio y zinc) es un material semiconductor que solo se descubrió en la última década. Propuesto inicialmente en 20063, ha comenzado a utilizarse recientemente en transistores de película fina para controlar paneles LCD. Desarrollado en el Instituto de Tecnología de Tokio, se ha demostrado que IGZO transporta electrones hasta 50 veces más rápido que las versiones estándar de silicio. Como resultado, estos transistores de película delgada pueden lograr frecuencias de actualización y resoluciones más altas.
La tecnología ha sido patentada y Sharp ha utilizado recientemente su licencia para producir paneles LCD de 6.1 pulgadas con resolución 2K (498 PPI). Sharp ha estado suministrando pantallas LCD IPS de alta resolución en la industria móvil, y sus paneles de cristal IGZO solo aumentarán la participación de la compañía en este mercado, especialmente a la luz de asociaciones pasadas con Apple para suministrar paneles LCD para dispositivos iOS. Recientemente, Sharp lanzó Aquos Crystal, mostrando una pantalla IGZO de alta resolución con biseles encogidos. Espere que 2015 sea el año en que las pantallas IGZO comiencen a tomar el relevo en varios dispositivos insignia.
Nanopíxeles
Científicos de la Universidad de Oxford y la Universidad de Exeter patentaron y publicaron recientemente un artículo4 sobre el uso de material de cambio de fase (PCM) para pantallas, logrando 150 veces la resolución de las pantallas LCD convencionales. El PCM es una sustancia cuya fase se puede manipular fácilmente, en este caso cambiando entre un estado cristalino transparente y un estado amorfo opaco (desorganizado).
De manera similar a la tecnología LCD, un voltaje aplicado puede determinar si un subpíxel es transparente u opaco; sin embargo, no requiere los dos filtros polarizadores y, por lo tanto, permite pantallas delgadas como el papel. La capa de PCM está hecha de germanio-antimonio-telurio (GST), la misma sustancia innovadora utilizada en reescribibles. DVD. Las partículas de GST se bombardean sobre un electrodo, produciendo una película delgada y flexible que permite que la pantalla sea flexible. Los fabricantes también pueden ajustar manualmente el color de cada nanopíxel, ya que GST tiene un color específico dependiendo de su grosor, similar a la tecnología de las pantallas moduladoras interferométricas (o marca registrada como Mirasol).
Las pantallas PCM son de alta eficiencia energética. De manera similar a la tinta electrónica, los píxeles son persistentes, por lo que solo requieren energía cuando el estado de los píxeles requiere un cambio. Es posible que nunca necesitemos una pantalla de 7000 PPI en nuestros teléfonos, pero el equipo ve que son útiles en aplicaciones donde los dispositivos requieren aumento, p. Ej. Auriculares de realidad virtual. Los materiales que cambian de fase también pueden cambiar la conductividad eléctrica, un área muy investigada en la tecnología NAND que guardaremos para un artículo futuro de esta serie.
Pantallas IMOD / Mirasol
Las exhibiciones de Mirasol están inspiradas en la forma en que se colorean las alas de las mariposas.
Las pantallas de modulador interferométrico (IMOD) utilizan un fenómeno que ocurre cuando un fotón (partícula de luz) interactúa con pequeñas estructuras de materia que causan interferencia de luz, inspirada en la forma en que las alas de mariposa son de colores. Al igual que en otras pantallas, cada subpíxel tiene su propio color que está determinado por el ancho del espacio de aire entre la película delgada y la membrana reflectante. Sin energía, los subpíxeles conservan sus estados de color específicos. Cuando se aplica un voltaje, induce una fuerza electrostática que colapsa el espacio de aire y el subpíxel absorbe la luz. Un solo píxel se compone de varios subpíxeles, cada uno con un brillo diferente para cada uno de los tres colores RGB, ya que los subpíxeles no pueden cambiar de brillo como los subpíxeles de LCD.
Las pantallas Mirasol están en una producción lenta, apuntando al mercado de lectores electrónicos y tecnología portátil. Qualcomm lanzó recientemente su Toq reloj inteligente que utiliza la pantalla. Los píxeles persistentes de baja energía de Mirasol y la falta de retroiluminación lo convierten en un serio competidor en la industria de los lectores electrónicos en color. Los costos de fabricación de los sistemas microelectromecánicos (MEMS) requeridos son todavía un poco altos, sin embargo, se están volviendo rápidamente más baratos.
Al igual que las pantallas transflectivas, la falta de luz de fondo de Mirasol dificultaría la venta al consumidor en general en el mercado actual de teléfonos inteligentes. Dicho esto, la tecnología se ha utilizado en dispositivos como el Qualcomm Toq, con diversos grados de éxito.
OLED flexible
Los teléfonos con tecnología OLED flexible ya están en el mercado, y vendrán más.
Samsung y LG han estado compitiendo activamente para avanzar en la tecnología OLED, y ambas compañías han invertido mucho en la tecnología. Hemos visto sus pantallas OLED curvas en sus televisores e incluso en sus teléfonos: el LG G Flex y G Flex 2, Samsung Galaxy Note Edgeetc. Ambas compañías han mostrado sus pantallas flexibles translúcidas con LG mostrando un OLED flexible de 18 pulgadas que se puede enrollar en un tubo apretado de poco más de una pulgada de diámetro.
A pesar de que esta pantalla solo tiene 1200 × 810, LG cree con confianza que pueden desarrollar pantallas flexibles 4K de 60 pulgadas para 2017. El avance científico que se muestra con esto es la película de poliimida flexible utilizada como columna vertebral de la pantalla. La poliimida es un material fuerte pero flexible que es resistente al calor y a los productos químicos. Se utiliza ampliamente en aislamiento de cables eléctricos, cables planos y equipos médicos. Espere ver más y más exhibiciones de estas pantallas flexibles, pero tendremos que esperar y ver si los costos de producción son lo suficientemente bajos como para ser viables en el mercado móvil.
Para obtener más información sobre la implementación OLED flexible más convincente que hemos visto hasta ahora en un teléfono, consulte Android CentralVista previa de LG G Flex 2.
La línea de fondo
A finales de 2015 deberíamos ver paneles LCD IGZO en algunos de los dispositivos insignia de Android, posiblemente usando retroiluminación mejorada de puntos cuánticos. También podemos ver que los paneles Mirasol se adoptan más ampliamente en dispositivos portátiles, lo que nos brinda la duración de la batería que necesitamos; sin embargo, aquellos que prefieren la vitalidad de un panel LCD u OLED pueden no ser convencido. Ciertamente, existe una gran variedad en el mercado de las pantallas: pantallas brillantes, vibrantes y de alta resolución en un extremo y pantallas persistentes de bajo consumo en el otro.
La industria de las pantallas móviles continúa avanzando a una velocidad vertiginosa, y la expansión del tamaño de la pantalla y la densidad de píxeles son solo una parte de la ecuación.
J.S. Steckel, R. Colby, W. Liu, K. Hutchinson, C. Breen, J. Ritter y S. Coe-Sullivan, 68.1: Documento invitado: Requisitos de fabricación de puntos cuánticos para el mercado de LCD de alto volumen, SID Symposium Digest of Technical Papers, 2013. 44 (1): pág. 943-945. ↩
R. Basu, Efecto de los nanotubos de carbono en la conmutación nemática inducida por el campo, Applied Physics Letters, 2013. 103 (24): pág. -. ↩
J H. Ko, I.H. Kim, D. Kim, K.S. Lee, T.S. Lee, J.H. Jeong, B. Cheong, Y.J. Baik y W.M. Kim, Efectos de la adición de ZnO en las propiedades eléctricas y estructurales de películas delgadas de SnO2 amorfo, Thin Solid Films, 2006. 494 (1–2): pág. 42-46. ↩↩
pag. Hosseini, C.D. Wright y H. Bhaskaran, Un marco optoelectrónico habilitado por películas de cambio de fase de baja dimensión, Nature, 2014. 511 (7508): pág. 206-211. ↩
Podemos ganar una comisión por compras usando nuestros enlaces. Aprende más.
Estos son los mejores auriculares inalámbricos que puede comprar a cualquier precio.
Los mejores auriculares inalámbricos son cómodos, suenan muy bien, no cuestan demasiado y caben fácilmente en un bolsillo.
Todo lo que necesita saber sobre la PS5: fecha de lanzamiento, precio y más.
Sony ha confirmado oficialmente que está trabajando en PlayStation 5. Aquí está todo lo que sabemos hasta ahora.
Nokia lanza dos nuevos teléfonos Android One económicos por menos de $ 200.
Nokia 2.4 y Nokia 3.4 son las últimas incorporaciones a la línea de teléfonos inteligentes económicos de HMD Global. Dado que ambos son dispositivos Android One, se garantiza que recibirán dos actualizaciones importantes del sistema operativo y actualizaciones de seguridad periódicas durante un máximo de tres años.
Estas son las mejores correas para Fitbit Sense y Versa 3.
Junto con el lanzamiento de Fitbit Sense y Versa 3, la compañía también presentó nuevas bandas infinitas. Hemos seleccionado los mejores para facilitarle las cosas.