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Ni QLED, ni OLED: Samsung apuesta por los televisores QNED

Samsung sigue buscando su Santo Grial de la imagen. Hemos pasado ya por varias tecnologías que, supuestamente, iban a ser la nueva joya de la corona de lo visual para los próximos años y que iba a superar a las OLED de LG. Así, hemos visto pasar diversas iteraciones de LCD (SUHD, de 2016), las QLED (LCD Edge LED, de 2017), las QLED FALD (de 2018, 2019 y 2020) además de otras tecnologías muy prometedoras pero que, de momento, siguen siendo eso, promesas: las MicroLED y las QD-OLED. Y ahora tenemos que añadir una más a la fiesta: QNED.

Samsung abandona al LCD para pasarse al OLED


La industria está esperando como agua de mayo al lanzamiento de las QD-OLED por parte de Samsung (se estima que llegarán en 2021) para poder tener un competidor real de las OLED WRGB de LG…sin embargo, la pregunta que nos hacemos todos es la misma: ¿cómo diantres funcionan? Nosotros os lo intentamos explicar en su día en este artículo, basándonos en la poca información oficial que existe sobre la tecnología OLED con Quantum Dots de Samsung. Aún así y dando por buenas las explicaciones actuales sobre las QD-OLED, en esencia siguen teniendo como principal fuente emisora los subpíxeles azules, con lo cual tendremos también el límite téorico de brillo actual que tienen las WOLED de LG (al menos, en teoría).

OLED vs LED vs MicroLED: ¿Qué ventajas e inconvenientes tiene cada una?

La otra apuesta de la marca surcoreana, el MicroLED, sigue siendo terriblemente caro de fabricar y como también os explicamos en este otro artículo, tiene otros problemas añadidos: el pixel gap (distancia entre píxeles) impide fabricar modelos inferiores a las 80″, el calor, grosor y consumo (además del prohibitivo precio) son otros problemas añadidos a la tecnología MicroLED.

Ya solo nos queda hablar de un cartucho más: el actual QLED, una vuelta de tuerca más al LCD tradicional, aunque en su día se nos prometió que llegaríamos a ver paneles QLED reales, esto es, sin backlight trasero, donde cada píxel se iluminara de forma independiente como un OLED. Según Samsung, es una probabilidad ya descartada y casi imposible de ver. Precisamente de eso trata el artículo actual: parece ser que la compañía surcoreana, viendo que las otras tres opciones no son viables por el momento, va a apostar por algo radicalmente nuevo y diferente: la tecnología QNED (pantalla de diodo nanoemisor cuántico).

¿Qué ventajas tiene la tecnología QNED sobre las demás?

Según fuentes coreanas, Samsung lleva algún tiempo trabajando en secreto en la tecnología QNED en la que los GaN Nanorod (unas partículas emisoras de luz azul) reemplazarán a los subpíxeles azules del OLED como backlight o emisores de luz. Las ventajas de la tecnología QNED sobre QD-OLED son varias: mayor eficiencia energética, brillo mejorado (se acabó el problema del límite de luz de los subpíxeles OLED azules), mayor vida útil del panel y erradicación completa del problema de quemados y retenciones. Además, dado que se espera que los GaN Nanorods sean mucho más estables que los materiales usados para la fabricación del subpíxel azul de las OLED, no se requerirá la encapsulación (mediante una película muy delgada en la parte superior) de los GaN Nanorods. ¿Y eso que quiere decir? hablando de forma más mundana: al no estar cubiertos por «nada», el brillo que se conseguirá será muchísimo más alto que las actuales OLED de LG y QD-OLED de Samsung. Además, los puntos cuánticos  (Quantum Dots) se seguirán utilizando en el proceso de conversión de color para los píxeles rojo y verde, ya que se espera que el color de emisión nativo de los Nanorods sea azul.

Todo esto que hemos explicado de forma teórica y que, salvo que se domine bien los términos de este mundillo, son complicados, lo tenéis resumido de forma gráfica aquí:

QD-OLED

QNED


Entonces, si entiendo bien las diferencias, ¿por qué se han usado los GaN Nanorods? además de las ventajas que hemos comentado antes: mucho más brillo, eficiencia energética, menor consumo y no tener problemas de quemados/retenciones, las estructuras GaN Nanorod poseen algunas características clave, que potencialmente son muy atractivas para varios usos. Técnicamente y para no alargar -más- este artículo, quedaos con que tienen una gran relación de superficie-tamaño (es decir, con poner unos pocos ya cubriría la emisión de luz para un panel de gran tamaño, al contrario que ocurre con las MicroLED donde hay que colocar 3 diodos en cada píxel de los 8 millones 300 mil que tiene un panel 4K) y eso se traduce en una baja densidad de los mismos que a su vez significa: menor coste de producción y especialmente un consumo energético mucho mayor, unido a una menor generación de calor. Según los whitepapers que tenemos, un GaN Nanorod puede cubir un área de 10 veces su tamaño y lo más importante de la cuestión: pueden recubrirse con una capa protectora sobre el electrodo inferior, usar la capa TFT para poder conmutar el encendido y apagado de los píxeles y poder, así, encenderse o apagarse a nivel de píxel. En esencia, se puede hacer un píxel azul nanoLED «autoemisivo», como un OLED o un MicroLED, sin absolutamente ninguna de sus desventajas.

La baja densidad de las GaN Nanorods tiene muchísimas ventajas: mayor brillo, menor consumo, sin problemas de retenciones/quemdados, mayor vida útil…y píxeles autoemisivos.

Estructura de un panel QNED

La estructura de un televisor QNED consta de lo siguiente:

  1. Placa trasera (panel TFT de alta movilidad, que permite conmutar los píxeles y recibir la luz de los GaN Nanorod a nivel individual).
  2. Emisores de luz (GaN Nanorod), que se integraran con la placa trasera (TFT, para poder encender/apagar a nivel de píxel)) y la delantera (Quantum Dots, para generar el color)
  3. Capa de Quantum Dots para filtrar la luz -dejando pasar la del GaN Nanorod que ya es azul- y generar así el verde y el rojo.

Eso queda muy bonito de cara a la galería…pero demasiado «simple«. ¿Cómo diantres de fabrican esos GaN Nanorod? ¿son complicados de integrar en un televisor QNED? Los métodos de fabricación son realmente complejos para ponernos a analizarlos en un artículo aquí, pero básicamente pueden hacerse mediante fotolitografía convencional, la litografía de haz electrónico o la litografía de nanoimpresión. Aunque no sabemos qué técnica seguiría Samsung; es bastante probable que los nanorods finalmente tengan una altura de unos 2 um y un diámetro de 0.62 um. El control exacto de su integración en grandes paneles, su eficiencia energética final, el tamaño, la forma o la generación de calor de estos nuevos nanorods quedan en el plano teórico, ya que de momento no se ha visto ningún dispositivo completamente finalizado para analizar. Toca esperar.

Diversos tamaños y densidades de los nuevos Nanorods

En cuanto a su integración, los GaN Nanorods se integran en la placa trasera del televisor. Para ello se utiliza una técnica de impresión por inyección de tinta. Dado que las dimensiones de los Nanorods son pequeñas y esto podría dar como resultado una orientación aleatoria de los mismos, primero, se forma un electrodo en el panel TFT, con el fin de alinearlo con un campo eléctrico. El proceso exacto aún no se ha publicado, pero si sabemos cuales son los pasos.


Pasos para integrar los GaN Nanorods en un panel TFT. Patente de Samsung

  1. El primer paso es, como veis en la imagen, la colocación de los Nanorods en el panel TFT mediante el depósito de una serie de elementos y productos químicos, grabándose esas partículas en el panel. Posteriormente se deposita una capa de aislamiento sobre éstos y el panel TFT (ya unidos), generalmente de SiNXor SiO2 (un compuesto especial para la fabricación) usando una serie de máquinas CVD o ALD.
  2. Impresión por inyección de tinta de nanorods. Para ello se suele usar un recubrimiento general sobre el sustrato ya que solo se necesita generar el rojo y el verde, pues el azul pasa «puro» desde el Nanorod (que es azul). El mayor desafío de este paso es que no se obstruyan los cabezales del sistema de impresión, ya que los Nanorods son microscópicos. Una vez hecha la impresión, se necesita un secado uniforme para dar estabilidad al conjunto; probablemente se usen láminas de vidrio de gran tamaño para el secado.

    Sistema de impresión de los Nanorods

  3.  Alineación de los nanorods: se alinean aplicando un voltaje al primer electrodo. Todavía se desconoce cómo se haría exactamente y cómo de eficiente es el proceso de alineación. Aún así, aquí tenemos una imagen con una patente de Samsung con un panel TFT y los Nanorods completamente alineados a éste.

    Alineación de un Nanorod

  4. Formación del segundo electrodo para conducir los Nanorods: la idea es que la luz emitida por los Nanorods llegue a donde tiene que llegar sin perderse por el camino.

Para acabar este extenso apartado tenemos que hablar también de los QD (Quantum Dots). Hasta ahora hemos visto como necesitamos un panel trasero (TFT) donde van grabados los Nanorods, hemos visto cómo se fabrican, insertan, secan, alinean y conducen a lo largo del panel TFT, que se encargará de conmutar la luz a nivel de píxel gracias a la gran cobertura que tienen los Nanorods y también a su microscópico tamaño. Bien, ¿y cómo se genera el color verde y rojo -ya que el azul sabemos que se genera en el propio Nanorod al emitir luz azul directamente-? Mediante los Quantum Dots o puntos cuánticos.

Este apartado no ha cambiado un ápice respecto a lo que se hace actualmente con un televisor QLED (LCD) normal. Dado que los GaN Nanorods emiten luz azul, los puntos cuánticos absorberán la luz azul y la convertirán en rojo o verde, generando así, los píxeles rojo y verde respectivamente. Es probable que se use un filtro secundario RGB adicional para evitar la excitación involuntaria de los QD, así como para evitar fugas de azul debido a la absorción excesiva de luz azul proviniendo del Nanorod. Se cree que esta capa de Quantum Dots se hará también mediante la impresión por inyección de tinta, dispersando así los Quantum Dots por todo el panel. Es algo muy similar a lo que se hace actualmente con las TV de QLED o con las mismas WOLED de LG (que usan un filtro RGB en lugar de Quantum Dots). Os dejamos con una imagen que explica todo el proceso:

Así se genera el color en las QNED, mediante Quantum Dots

QNED…¿el futuro de los televisores?

Como siempre, todo depende. Se cree que Samsung está en la etapa de I+D+i ahora mismo con el objetivo de pasar a la producción en pruebas a la mitad del 2021. Si la tecnología tiene éxito y no surgen grandes problemas, es posible que las líneas de proceso QD-OLED planificadas para el futuro puedan convertirse a la arquitectura QNED donde el OLED azul será reemplazado por el GaN Nanorod, que como hemos visto es mucho más eficiente en todo. Lo más probable es que la primera generación de QD-OLED se comercialicen con subpíxeles azules OLED normales, ya que seguramente esté ya en fase de producción. Sin embargo, si las pruebas del GaN Nanorod tienen éxito, es muy probable que Samsung abandone las QD-OLED y su segunda generación sea ya directamente QNED.  Además, otras ventajas de la tecnología QNED es que también puede aplicarse sin problemas a dispositivos pequeños y medianos (no como las MicroLED por ejemplo).

Se espera que el costo de QNED sea menor que el de QD-OLED debido a la eliminación de varias capas de los televisores OLED, eliminando así los elementos más caros y costos de fabricar. No obstante, al estar todo en fase de I+D+i, todo ese coste de ahorro se trasladará como costes de investigación y producción, por lo que las primeras generaciones de QNED costarán igual o más que las actuales OLED (y QD-OLED).

En mi opinión personal esto si tiene pinta de ser el futuro real de la tecnología de televisores, ya que la MicroLED presenta numerosos problemas que siempre hemos ido explicándoos en AVPasión y a mi juicio son casi insalvables (especialmente el grosor enorme que van a tener, las diagonales tan grandes y el consumo eléctrico); las QLED no dejan de ser paneles LCD con esteroides y los problemas de siempre, los MiniLED cuentan con sus mismos problemas y los OLED (WOLED de LG y QD-OLED de Samsung) parecen estancarse ya en sus magníficas capacidades actuales, con poca previsión de crecimiento/mejoras. Sin embargo la llegada de los GaN Nanorods parecen ser la respuesta exacta a lo que necesita el mercado para evolucionar, siendo realmente una especie de panales OLED 2.0, todo lo bueno de las OLED sin sus inconvenientes actuales. Y esta vez sin tener que cambiar de tecnología. El tiempo dirá.

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