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¿Las pantallas del futuro?

La diversificación de tamaños y formas de las pantallas se ha hecho casi sin que nos percatemos de ello. Sin embargo, aunque lo aceptemos como algo normal, sí influyen en nuestro modo de vida. He aquí algunos de los estudios que se están realizando acerca de cómo será el futuro de las pantallas que utilizaremos a diario.

Nos hemos ido acostumbrando paulatinamente a esas brillantes ventanas de variados tamaños que nos abren a la comunicación a través del sentido de la vista. Tal vez por eso no hemos reparado realmente en la gran transformación que las pantallas han experimentado en los últimos años.

Los CRT, por ejemplo, ya son prácticamente historia. Los paneles planos, delgados, cinemáticamente perfectos y listos para el nuevo mundo visual de la alta definición comienzan a ocupar el lugar de aquéllos, impulsados por el desarrollo de revolucionarias tecnologías. Plasmas de vibrantes colores –29.000 millones, nada menos– y elevado contraste de 10000:1 como el TH-58PX600U de Panasonic provisto de sintonizador integrado para HDTV y ranura para CableCard, de manera que usted pueda recibir esas señales sin necesidad de una caja de conexión, son el presente.

También lo son esos versátiles LCD que se adaptan estupendamente a las distintas aplicaciones derivadas de la convergencia digital o los televisores de proyección gigantescos que replican en su hogar el ambiente de una sala cinematográfica.

Todo este repertorio de pantallas está cada vez más al alcance de su bolsillo y de su disfrute. Hoy se puede trabajar más cómodamente frente al monitor de una PC, con menos calor, emisiones electromagnéticas o parpadeo, y sus ojos no tienen que esforzarse tanto para ver una imagen de televisión que ha llegado a ser increíblemente nítida. Prueba de esto último es la línea Bravia de televisores LCD de Sony, uno de cuyos integrantes se ilustra a la izquierda en la página siguiente. Sony ha incluido en este equipo su más moderno y avanzado sistema de procesamiento del vídeo. ¿Quiere elegancia además de calidad de imagen? Los modelos LCD-TV R7 de Samsung ofrecen ambas cosas, con una terminación en negro brillante que se destacará en la decoración de su hogar.

Es evidente, las pantallas han recorrido un largo camino. Pero mucho más se avecina: si lo que hemos visto hasta ahora es impresionante, prepárese para sorprenderse con lo que la tecnología de las pantallas nos tiene reservado en el futuro.

La próxima generación de pantallas, que se describirá más adelante, podrá cambiar radicalmente los conceptos actuales y surgirá como consecuencia de dos descubrimientos trascendentales: la electroluminiscencia que producen ciertas moléculas orgánicas muy pequeñas y otras que no lo son tanto llamadas polímeros.

¿Las pantallas del futuro?

Durante los próximos 10 años, los polímeros de película delgada y otros substratos flexibles podrían cambiar la forma en que el público considera y usa las pantallas. En el futuro, usted podría “imprimir” informes en hojas de papel electrónico, unas pantallas de polímero flexible con el grosor de una hoja de papel que se pueden desplegar sobre una mesa para facilitar el análisis y la comparación, y más tarde volverse a usar cuando el trabajo esté terminado. Su PDA o teléfono móvil, por otra parte, podría incorporar una pantalla enrollada que se extendería para permitirle ver mapas o páginas de la Web en una pantalla más amplia. Su PC portátil podría tener una pantalla secundaria en la parte posterior de la cubierta donde se mantendría una imagen cualquiera que usted seleccionara, como la de su agenda y su lista de asuntos pendientes, de manera que usted la consultaría incluso con la portátil apagada. Algunas pantallas podrían integrarse en la manga de una camisa o tomar la forma de la correa de un reloj.

“Estamos hablando de una electrónica que podremos envolver alrededor de un lápiz”, dice Jim Brug, gerente del departamento de materiales para imágenes en HP Laboratories. Brug espera que estas tecnologías se conviertan en productos reales dentro de cinco años.

Aunque los actuales prototipos de pantallas flexibles son relativamente pequeños, Hewlett-Packard Co. y otras muchas compañías están trabajando en pantallas flexibles que miden hasta 14 pulgadas diagonalmente. Pero la meta es complementar los LCD actuales en vez de sustituirlos. “Es un error creer que sustituirán a las pantallas [de una PC de escritorio o portátil]”, dice Brug. “Realmente es una nueva forma de utilizar las superficies para presentar información”. Esto pudiera incluir paneles flexibles entrelazados, como si fueran hojas de papel pintado, para crear una sola pantalla del tamaño de una pared, dice.

Hacer flexibles las pantallas tradicionales presenta varios desafíos. Un LCD de matriz activa consiste en dos capas de vidrio con varios componentes entre ellas: una capa de transistores de película delgada (TFT) incrustada en silicio amorfo y grabada en el vidrio del fondo, que produce los píxeles luminosos, y una capa de cristal líquido encima que actúa como un obturador de la luz. Una luz de fondo descansa debajo de la pantalla, mientras que arriba del LCD se encuentra un filtro de colores junto con otros polarizadores. Para crear una pantalla flexible hay que eliminar la luz de fondo y reemplazar las capas de vidrio con una sustancia flexible, como una película delgada de polímero.

El problema es que a los cristales líquidos de los LCD no les gusta doblarse. “La calidad de la imagen depende de la separación de las celdas” entre las capas de polímero, dice Kimberly Allen, directora de tecnología de pantallas y de estrategia en la compañía iSuppli Corp., situada en El Segundo, California. El LCD deformará la imagen si la separación entre las dos capas no se mantiene uniforme cuando el substrato se flexiona. Además, un LCD con superficies curvas puede ser difícil de ver debido al ángulo visual.

Un número de compañías está trabajando en tecnologías alternas que permitirán la producción de pantallas flexibles, entre ellas las tecnologías de papel electrónico reflexivo y de diodos orgánicos emisores de luz (OLED).

Los investigadores andan en busca de alternativas flexibles al silicio amorfo, el material semiconductor que se utiliza para construir los TFT e incrustarlo en un substrato de vidrio. Las técnicas tradicionales de fabricación requieren temperaturas altas que trabajan en el vidrio pero que derretirían los substratos de plástico. Los investigadores están experimentando con la impresión de los transistores sobre una hoja delgada de polímero como si se tratara de la “inyección de tinta”. Esto requiere que se cambie del silicio inorgánico a materiales orgánicos solubles. HP también está probando la litografía de impresión, donde la plantilla de un circuito se estampa sobre el polímero. Los investigadores de Palo Alto Research Center Inc. también están probando con un substrato de lámina de acero inoxidable capaz de resistir altas temperaturas.

Las pantallas de papel electrónico se conocen como “biestables” porque pueden retener una imagen cuando se retira la corriente eléctrica. Las pantallas reflexivas no requieren una luz de fondo, como los LCD, y se pueden leer en exteriores. La primera generación será empleada en los carteles, en las etiquetas de precios que exhiben las tiendas y en lectores de libros electrónicos.

Los OLED emiten su propia luz. Estos diodos usan más energía que los LCD de matriz activa de hoy, pero ofrecen un desempeño más rápido y colores más ricos. Sin embargo, fabricar los OLED sobre substratos flexibles presenta ciertas complicaciones.

“Los OLED probablemente están más lejanos que [el papel electrónico] porque los OLED requieren una barrera sólida contra la humedad y el plástico la deja pasar”, dice Allen. Los investigadores también han tenido problemas con la duración de las pantallas, especialmente con los OLED que producen la luz azul, aunque algunos dicen que la duración ha mejorado en los últimos años.

Las pantallas flexibles todavía están en desarrollo o en etapas de prototipo para las tecnologías de papel electrónico y de OLED. “En la actualidad no hay pantallas en uso que sean dinámicamente flexibles”, dice Allen. Pero ella pronostica que el mercado crecerá de la nada a un volumen de US$338 millones anuales para el 2013.

Entre los fabricantes de pantallas biestables, E Ink Corp. de Cambridge, Massachusetts, es la mejor conocida. Su tecnología consiste en una película delgada colocada encima de una capa de tinta electrónica, una serie de partículas cargadas de color negro y blanco, o “pigmentos”, suspendidas en un fluido y que suben o bajan para crear una imagen negra, blanca o gris. Hasta este momento, los fabricantes de pantallas han usado la tecnología de E Ink para crear lectores de libros electrónicos y lo que Mike McCreary, vicepresidente de investigación y desarrollo avanzado, llama “pantallas conformadas” que inicialmente se perfilan para adaptarse a la forma de un objeto pero que permanecen rígidas en el producto final. Seiko Corp., por ejemplo, ha desarrollado una pantalla para reloj y Lexar Media Inc. ha incrustado un contador de capacidad para los dispositivos de memoria USB empleando esta tecnología. Las pantallas de E Ink también están siendo utilizadas en un periódico electrónico flexible que se encuentra en un período de evaluación en 200 hogares de Bélgica.

Sipix Imaging Inc. de Fremont, California, emplea una tecnología similar para producir colores negros, verdes o azules sobre un fondo blanco. Por su parte, Polymer Vision está colaborando con Sipix y E Ink para crear un prototipo de pantalla enrollada llamada Readius. “Estamos habilitando dispositivos muy pequeños con pantallas grandes”, dice Edzer Huitema, gerente de programas de Polymer Vision, que está ubicada en Eindhoven, Países Bajos. La pantalla plegable de 5 pulgadas ofrecerá 16 niveles de gris. El dispositivo se refresca aproximadamente una vez por segundo, demasiado lento para el vídeo y para la navegación de menús, pero aceptable para los sistemas portátiles de navegación o para un lector de noticias de la Web o de correo electrónico. Huitema pronostica que Sipix comenzará a vender el dispositivo a principios de 2007, y que tendrá color y pantalla táctil disponibles para el 2010. E Ink está ideando un filtro de color para su tecnología que espera tener listo en el mismo plazo.

NTera Ltd. de Dublín está diseñando una pantalla flexible, biestable y conformable que se basa en su tecnología nanocrómica. En vez de mover partículas, la pantalla RGB de NTera determina los colores de acuerdo con la carga de cada partícula. El diseño emplea una matriz pasiva de transistores de 200 ppp, que por lo general es más lenta que la matriz activa porque actualiza cada fila en la pantalla en vez de los píxeles individuales, como sucede con la matriz activa. Sin embargo, NTera afirma que su tecnología es suficientemente rápida para el vídeo en intervalos cortos. La compañía dice que sus socios producirán pantallas conformables el próximo año para usar como pantallas laterales en los teléfonos móviles o en las tablillas de entrada. “Ese es nuestro enfoque principal”, dice Alain Briancon, funcionario principal de tecnología de NTera.

La tecnología de NTera añade otra variante: el óxido de metal que se emplea como material de la pantalla es transparente cuando no tiene carga, lo cual crea las bases para una pantalla transparente. “Con ella podríamos tener una capa superpuesta sobre una ventana”, parecido a lo que el público vio en la película Minority Report, dice Briancon. Pero los productos actuales de NTera todavía están construidos sobre vidrio.

Kent Displays Inc. de Kent, Ohio, está desarrollando un LCD biestable basado en la tecnología colestérica. Los LCD nemáticos de supertorsión usados hoy tuercen las moléculas de cristal líquido 270 grados, dice el gerente de ventas y mercadotecnia Tony Emanuele. La tecnología de Kent tuerce las moléculas 16 o 17 veces. Con tanta torsión aplicada, las moléculas no se desenrollan con tanta facilidad, lo que produce una pantalla biestable.

En el laboratorio, Kent ha demostrado su tecnología incrustada en substratos de plástico, de papel y hasta de tela. “La receta química de las moléculas colestéricas se presta más para los substratos de plástico”, dice Emanuele, porque tiene una milésima parte de los requisitos de barrera de los LCD normales. Las pantallas actuales de Kent usan una matriz pasiva relativamente lenta y son más aptas para aplicaciones como libros electrónicos y rótulos. La tecnología incluye combinaciones de dos colores de amarillo sobre negro o azul sobre blanco. Las primeras unidades son bastante pequeñas, a razón de 2,5 por 1,5 pulgadas y ofrecen una resolución de 100 ppp. Kent está diseñando una pantalla más rápida de matriz activa y espera fabricar su versión de matriz pasiva para substratos flexibles para fin de año. “En dos o tres años, las pantallas flexibles de plástico serán comunes”, predice Emanuele.

Además de los desafíos técnicos, las pantallas flexibles se enfrentan a otros obstáculos que deberán rebasar para llegar a ser comercialmente viables. “Fabricar pantallas sobre el vidrio ya es bastante difícil”, dice Allen de iSuppli. El estampado por inyección requiere un proceso de fabricación enteramente distinto, aunque potencialmente más barato, que todavía se encuentra en vías de desarrollo. Mientras la producción de alto volumen no sea posible, las pantallas estampadas por inyección serán más costosas que las tecnologías alternas. Por ejemplo, en el mercado del papel electrónico, los rótulos y las simples etiquetas de papel para los anaqueles no se pueden actualizar electrónicamente, pero son mucho más baratos, afirma Allen.

La clave, dice Jeremy Burroughes, jefe de tecnología de Cambridge Display Technology Ltd. en Cambridgeshire, Inglaterra, es encontrar un nicho lucrativo para los primeros diseños. “El secreto siempre está en encontrar áreas donde uno pueda ser el primero”, dice, “y aumentar gradualmente el conocimiento y los ingresos para penetrar áreas más avanzadas”.

La economía de la electrónica impresa

La impresión de circuitos facilita las pantallas flexibles, pero lo que empujará a los fabricantes hacia los substratos de polímero y la inyección de tinta son los potenciales ahorros en los costos de producción, dice Jim Brug, gerente de materiales en HP Laboratories. “Uno de los mayores logros en la ciencia de materiales es el poder cambiar de las tecnologías inorgánicas de película delgada [como el silicio amorfo] a materiales basados en soluciones que se puedan rociar usando un mecanismo de inyección de tinta”, agrega él. A diferencia de las sustancias inorgánicas como el silicio amorfo, los materiales orgánicos semiconductores pueden aplicarse en forma líquida.

HP Laboratories ha desarrollado un proceso de impresión de tinta y de laminación que podría reemplazar las técnicas de deposición en vacío y fotolitografía que se utilizan hoy para fabricar los LCD de matriz activa.

La impresión en hojas delgadas de polímero permite un proceso automatizado más eficiente que las técnicas de fabricación discretas utilizadas para producir chips de silicio individuales en una línea de producción. Los circuitos electrónicos se pueden imprimir en hojas continuas de polímero, un proceso conocido como impresión de rollo a rollo. “Estos son principalmente asuntos de costo”, dice Bob Street, investigador del Palo Alto Research Center. “La idea es poder utilizar prensas de estampado en lugar de fábricas de silicio para crear estos dispositivos”.

“Imprimir una pantalla usando el procedimiento de rollo a rollo nos permitirá tener pantallas de muy bajo costo, incluso desechables”, dice Brug. HP Labs está estudiando dos procesos: la inyección de tinta y la litografía de impresión, donde se estampan plantillas muy finas de los circuitos sobre un substrato de plástico. Xerox Corp. está trabajando tanto en procesos para polímeros como para substratos de láminas de acero inoxidable.

“Este mundo de fabricación digital abrirá plantas de producción de muy bajo costo que no costarán un ojo de la cara. ¿Significa esto que ya no necesitaremos cuartos limpios? Exactamente”, dice Brug.

Aunque el potencial para los ahorros de producción es grande, no espere que va a poder correr hasta su tienda de efectos de oficina y comprar cartuchos de tinta orgánica y hojas de polímeros para imprimir circuitos electrónicos en su impresora de inyección de tinta. “El momento en que podamos crear pantallas en nuestros escritorios tardará todavía”, dice Brug.

De pantallas flexibles a PC plegables

Si las tecnologías de inyección de tinta se pueden usar hoy para colocar transistores en pantallas flexibles, ¿qué nos impide poner otros circuitos electrónicos, quizá un dispositivo de computación, en la misma hoja de polímero? Jim Brug, de HP Labs, cree que el desarrollo de dispositivos flexibles de computación es sólo cuestión de tiempo, a medida que convergen las portátiles y los PDA con los teléfonos inalámbricos. “¿Llegaremos a ver un mundo donde su reloj de pulsera será también su PC? Es fácil imaginarlo”, dice él. También es posible que mientras más circuitos electrónicos se impriman en el polímero, se podrán integrar en la pantalla del teléfono, lo que abrirá paso a diseños perfilados o hasta flexibles que el usuario podrá llevar puestos.

Los fabricantes ya están trabajando en la incrustación de circuitos de controladores de pantallas en substratos de polímero, algo que ya se hace en las pantallas de vidrio de hoy. Además, los productores de baterías como Solicore Inc. en Lakeland, Fla., han desarrollado baterías flexibles que se pueden integrar en ciertos artículos como las etiquetas de identificación por radiofrecuencia (RFID) y las pantallas para las tarjetas inteligentes. “Estamos tomando los materiales que se usan para la electrónica flexible y poniéndolos en nuestras baterías”, dice Michael Mahan, vicepresidente de desarrollo de negocio en Solicore. Sin embargo, tales dispositivos no son suficientemente potentes como para hacer funcionar un teléfono móvil.

El objetivo final, dice Darren Bischoff, gerente de mercadotecnia en E Ink, es “tener esta pantalla liviana y enrollable con electrónica de próxima generación integrada de manera que se pueda incluir el procesador, la memoria y todo lo que se necesite en el mismo material de la pantalla”.

Construir una PC completa en un substrato flexible puede ser difícil, aunque Brug cree que es técnicamente posible. Parte de las primeras investigaciones de HP sobre la electrónica flexible se basaba en las memorias, dice él. “No podremos hacer microprocesadores a corto plazo, pero no pasará mucho tiempo antes de que las piezas del rompecabezas empiecen a encajar”, predice. Bob Street, un investigador del Palo Alto Research Center, dice que el problema no es que pueda hacerse o no, sino que tal dispositivo pueda crearse a un costo bajo. Él nos recuerda que, por el momento, los intentos de imprimir en una sola hoja las antenas y transistores para las etiquetas RFID han salido mucho más caros que usar el silicio y pegar la antena al chip. Diseñar una PC flexible sería mucho más complejo. “Estoy seguro de que se puede hacer”, dice Streets. “La cuestión es cuánto costará comparado con la tecnología de silicio cristalino”.

La flexión de los OLED

Los OLED podrían ser un reemplazo para los LCD de color tradicionales, pero gran parte de las investigaciones con los OLED se concentra en las pantallas rígidas. Cambridge Display Technology Ltd., basada en el Reino Unido, está imprimiendo los OLED en polímeros usando la inyección de tinta, pero su jefe de tecnología, Jeremy Burroughes, dice que el beneficio principal no es la flexibilidad, sino el hecho de que tales pantallas son más delgadas, más livianas y más robustas que los LCD tradicionales. “Si su portátil pesara menos y no fuera tan frágil, usted sería una persona feliz”, asegura él, y agrega que su compañía no tiene planes de crear pantallas flexibles. Pero no espere ver OLED en las portátiles a corto plazo. Aunque la longevidad del producto ha mejorado, los LED azules todavía se gastan en 12.000 o 15.000 horas, dicen los investigadores. Esto es suficiente para una pantalla de PDA o de teléfono móvil pero no para los monitores de escritorio o las pantallas de PC portátiles.

Sin embargo, Universal Display Corp. (UDC), se dedica exclusivamente a la tecnología OLED flexible usando una matriz activa en un substrato delgado. “Los plásticos todavía no están listos para los OLED”, dice Janice Mahon, vicepresidente de comercialización de la tecnología. UDC, basada en Ewing, Nueva Jersey, ha demostrado pantallas flexibles de colores con la cuarta parte de VGA (320 por 240 píxeles) y está trabajando en una pantalla plegable para un dispositivo de comunicaciones universal patrocinado por el Departamento de Defensa de EE.UU. UDC también está experimentando con pantallas integradas en la ropa, pero está empezando con las pantallas perfiladas. “El próximo salto será crear [una pantalla] que se pueda doblar mil veces”, dice ella. Mientras que otros creen que tendremos que esperar unos 10 años por los OLED flexibles, Mahon cree que la tecnología de UDC será viable mucho antes. “En un par de años, habrá un OLED flexible en el mercado”, asegura Janice.

Hewlett-Packard Co. está construyendo pantallas flexibles biestables y de OLED sobre polímero. Su primera pantalla biestable, un LCD de matriz pasiva de 125 colores y 128 por 96 píxeles, desarrollada en su laboratorio de Bristol, Inglaterra, está cerca de salir al mercado para dispositivos del consumidor como visualizadores digitales de fotografías y lectores de libros electrónicos.

La tecnología de “tinta emisiva” de HP es una variación de OLED que usa nanocristales llamados “puntos cuánticos”. Los cristales, de 2 a 10 nanómetros en tamaño, se mezclan con polímeros y emiten un color más puro que los LCD tradicionales de matriz activa. “Como son tan pequeños, solamente pueden emitir un color. Los ponemos en el polímero, que conduce los electrones y contiene los nanocristales, y emiten un fotón”, dice Jim Brug, gerente del departamento de materiales para imágenes de HP Laboratories.

“La fabricación de transistores de buena calidad sobre plástico es un suceso importante. El otro es demostrar que los puntos cuánticos pueden emitir una luz de muy alta calidad en materiales de polímero”, dice Brug.

Más allá de lo flexible, la computación elástica

Si las pantallas flexibles le parecen una cosa de ciencia ficción, las investigaciones de John Rogers le parecerán aun más fantásticas.

Este científico de materiales que trabaja en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign ya ha creado transistores electrónicos y diodos que pueden estirarse. Ahora está ocupado trabajando en tarjetas de circuitos elásticas que algún día podrían conducir a productos electrónicos para vestir. “La próxima generación es pasar de lo flexible a lo elástico”, dice él.

Los productos creados con la electrónica elástica podrían usarse en “cualquier tipo de sistema donde usted necesite la elasticidad”, dice Rogers. Un ejemplo son los guantes quirúrgicos inteligentes con sensores incrustados que enviarán datos sobre la condición del paciente en cualquier punto del cuerpo que el cirujano toque. Otra aplicación, dice él, sería para un monitor de salud estructural que se envuelve alrededor del ala de un avión para medir las tensiones y esfuerzos.

Para lograr la elasticidad, Rogers combina una sustancia relativamente inflexible para los circuitos, el silicio, con el substrato más elástico, el caucho. El proceso de Rogers requiere que primero se estire el caucho y luego se pegue un circuito de silicio ultradelgado (de 0,1 micras) usando un proceso de estampado. Cuando el caucho regresa a su longitud normal, el circuito se comprime y se pliega como un acordeón, pero no se rompe. Aunque el silicio normalmente es inflexible, la extrema delgadez del circuito le permite doblarse.

“Lo que hemos hecho es lograr la flexibilidad en un material que es inherentemente inflexible. Lo hemos logrado porque lo hicimos sumamente delgado”, dice Rogers. Cuando se combina con el caucho, la flexibilidad se traduce en elasticidad. El material se puede estirar y relajar una y otra vez.

Rogers ayudó a fundar Printed Silicon Technologies Inc. para comercializar la tecnología. Por el momento, ha realizado demostraciones con transistores y diodos elásticos –las unidades básicas de construcción de circuitos– pero Rogers no cree que las tarjetas de circuitos sean muy difíciles de lograr.

“Realmente no existe una limitación fundamental, simplemente un poco de ingeniería complicada. Tendremos una demostración para fin de año”, asegura. Pero según él, los productos reales construidos con la electrónica elástica todavía no se verán hasta dentro de tres a cinco años como mínimo.

-Robert L. Mitchell (Computerworld US) y el equipo de PC World LA

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