El obturador óptico multiplexado por tiempo ( TMOS ) es una tecnología de pantalla plana desarrollada, patentada y comercializada por Uni-Pixel Displays, Inc. TMOS se basa en los principios de reflexión interna total (TIR), frustración de TIR (FTIR) y color secuencial de campo. generación (FSC). Esta combinación de características lo hace adecuado para aplicaciones como teléfonos móviles, televisores y sistemas de señalización. [1] [2] [3]
Componentes
Un sistema de visualización TMOS consta de un grupo de subsistemas
- el sistema de iluminación ; La generación de color se basa en el modelo triestímulo convencional, por lo que el sistema consta de un grupo de LED rojos, verdes y azules.
- una guía de luz , de vidrio óptico de alta calidad. El sistema de iluminación va unido a uno de sus bordes y los otros tres bordes están cubiertos con espejos para mantener la luz reflectante dentro de la guía.
- un control de accionamiento a nivel de píxel individual , una arquitectura de condensador variable simple que funciona como un obturador óptico para cada píxel del sistema. El condensador consta de dos planos conductores paralelos: un conductor transparente en la guía de luz y una fina capa continua de material conductor colocada dentro de la capa activa.
- la capa activa Opcuity , la parte característica de la tecnología TMOS. Incluye una película portadora de base, un conductor y estructuras microópticas que definen el rendimiento de salida de luz del sistema de visualización. Estas estructuras están orientadas hacia la guía de luz y son tan pequeñas que hay cientos por cada píxel. de ellos.
- el sistema de circuitos de control de la unidad . El prototipo inicial tiene toda la lógica de control programada en un procesador FPGA .
Una unidad TMOS está dispuesta como un conjunto de capas colocadas encima de otra en el siguiente orden: la guía de luz, una capa conductora transparente, una estructura TFT y la capa activa Opcuity que incluye una capa conductora.
Principio de operación
- El sistema de iluminación emite periódicamente luz roja , verde y azul , cada color cambia durante un período de tiempo igual en una frecuencia muy alta .
- La luz de color entra en el interior de la luz guía, los bordes espejados provocan reflejos TIR continuos que producen una energía luminosa muy uniforme dentro de la guía de luz.
- La luz queda atrapada en la guía de luz hasta que se crea un diferencial de voltaje entre las dos capas conductoras del condensador en cualquier área de píxeles. Cuando sucede, los dos planos conductores se atraen entre sí a través de la atracción de Coulomb .
- La capa activa de Opcuity es la única parte móvil de TMOS y se tira hacia abajo hasta que toca la guía de luz. Luego, el píxel específico se activa y la luz se escapa a través de él debido al fenómeno de frustración de la reflexión interna total (FTIR).
- Cuando desaparece el diferencial de voltaje, la capa activa vuelve a su posición inicial y la luz queda atrapada nuevamente en la guía de luz.
Cuando las dos capas conductoras están en contacto, se dice que el píxel está abierto o activo (ENCENDIDO) , cuando las capas están separadas, el píxel está cerrado o inactivo (APAGADO) . La duración de la carga determina la cantidad de tiempo que el obturador está abierto o cerrado. Para generar visualizaciones de imágenes, el proceso anterior es específico para cada píxel. La generación de color se basa en el sistema de color secuencial de campo (FSC).
Generación de color
Las pantallas tradicionales usan píxeles de tres partes, cada píxel se crea mostrando diferentes intensidades de tres puntos (rojo, azul y verde) tan juntos que el ojo humano los percibe como un solo color. Esta técnica aprovecha el color aditivo espacial . Sin embargo, la tecnología TMOS se basa en el color aditivo temporal , explota el poder de resolución temporal del sistema visual humano . Se emiten ráfagas de luz roja, verde y azul a una frecuencia lo suficientemente alta como para que el ojo humano solo perciba un solo color. Diferentes duraciones de cada ráfaga, crean diferentes colores.
En TMOS, la duración de emisión de cada ráfaga es la misma para los tres colores, pero la cantidad de tiempo que cada píxel permanece abierto o cerrado puede ser solo un porcentaje del tiempo total controlado por la cantidad de carga TFT (cantidad de tiempo que la capa activa está en contacto con la guía de luz). Por lo tanto, cada píxel de color se genera combinando el tiempo preciso en que cada píxel se mantiene abierto para cada ráfaga de color.
Dependiendo de la combinación, se pueden crear un millón de colores. Por ejemplo:
- Para obtener el blanco, el píxel permanece abierto el 100% del tiempo total para cada ráfaga y para el negro, cada píxel se cierra todo el tiempo.: Para producir gris , el píxel debe estar activo la mitad del tiempo total para cada ráfaga (cuando los valores de los tres componentes son iguales, se produce un gris)
- Para crear rojo , el píxel debe cerrarse durante la ráfaga azul y verde, el porcentaje del ciclo de rojo en el que el píxel está abierto determina el tono del rojo.
Características generales
- Brillo : 1400 cd / m 2 en una pantalla de 12,1 pulgadas con un ángulo de visión de 176 ° a 13,2 vatios. Incluso, puede alcanzar valores de 3.430 cd / m 2 a 30 vatios.
- Visión nocturna : debido a que el LED rojo se controla de forma independiente, no es necesario agregar ningún filtro de infrarrojos para lograr la compatibilidad con la visión nocturna.
- Resolución : TMOS puede alcanzar un tamaño de punto de 1 ⁄ 4 mm debido a su estructura de píxeles unicelular.
- Ángulo de visión : sin ópticas de dirección adicionales, se pueden lograr ángulos tan estrechos como 25 ° × 12 ° (12,5 ° a la izquierda, 12,5 ° a la derecha, 6 ° hacia arriba, 6 ° hacia abajo).
- Niveles de gris : 24 bits o 36 bits para sistemas inherentes especiales. Los niveles de gris para el infrarrojo monocromático son tres veces la escala de grises del color primario para el funcionamiento visible.
- Rango de atenuación : 34 dB
- Capacidad de video : 60 cuadros / segundo
- Choque y vibración : TMOS tiene una resistencia importante a las tensiones mecánicas durante el funcionamiento, ya que las fuerzas aplicadas se distribuyen globalmente y no localmente en los píxeles individuales. La baja masa y la estructura de laminación de la capa activa mitigan las resonancias y los modos.
- Tiempo medio entre fallos : El primer componente que se espera que falle en una tecnología TMOS es el sistema de iluminación. Los LED suelen tener un MTBF de 100.000 horas en funcionamiento continuo; ya que TMOS utiliza LED en 1 ⁄ 3 de ciclo de trabajo, el MTBF máximo esperado es de 300.000 horas.
Ventajas
La tecnología TMOS ofrece muchas ventajas sobre otras tecnologías populares como LCD , plasma y OLED .
- Simplicidad : la estructura simple de TMOS aporta la mayoría de las demás ventajas. Las cinco capas de una pantalla LCD se convierten en una sola en TMOS. Esto implica un proceso de fabricación más simple y aumenta el rendimiento .
- Eficiencia energética : TMOS es diez veces más eficiente que una pantalla LCD. En LCD, menos del 5-10% de la entrada de energía se transmite como salida de luz, mientras que en TMOS se transmite el 61% de la energía. El bajo consumo de energía hace que TMOS sea ideal para aplicaciones que funcionan con baterías .
- Bajo costo : debido a la estructura simple de TMOS, el proceso de fabricación se vuelve más simple y el costo total más bajo. Los dispositivos TMOS pueden ser un 60% más baratos que los demás.
- Buen contraste y brillo : los sistemas de visualización TMOS producen imágenes un 10% más brillantes y con una mejor relación de contraste (4500: 1) en comparación con LCD (2500: 1) y otros (700: 1)
- Tiempo medio entre fallos : La vida útil de TMOS podría alcanzar las 300.000 horas, superando las 10.000 horas de OLED, las 30.000 de pantallas de plasma, las 40.000 horas de CTRS y las 100.000 horas de LCD.
- Escalabilidad : la flexibilidad de escala es otra característica importante. TMOS es la primera tecnología capaz de soportar diferentes configuraciones y tamaños de hasta 110 ″. Hasta ahora, OLED alcanzaba 20 ″, LCD 54 ″ y plasma 72 ″.
- Variedad de aplicaciones : Las pantallas tradicionales tienen aplicaciones específicas: OLED para móviles, plasma para televisión y LCD para ordenadores. Gracias a la escalabilidad, TMOS será adecuado para pantallas de dispositivos móviles, televisores y computadoras.
Desventajas
La principal desventaja es la necesidad de una velocidad muy alta ; si es insuficiente, podría aparecer un efecto de arco iris al parpadear.
Futuros desarrollos
En el futuro, tiene como objetivo mejorar la eficiencia y las características de ese tipo de pantallas. Algunas de estas mejoras van a ser un nuevo material de luz guía, policarbonato o polímero flexible , y la ampliación de la gama de LED. Además, la estructura de TFT se eliminará y un sistema de franjas (filas y columnas) llamado Simple Matrix proporcionará control de píxeles individual.
Se están investigando las siguientes características para las pantallas TMOS:
- Flexibilidad , permitiendo un radio de curvatura de hasta 20 veces el grosor de las pantallas. Esta característica permitirá la creación de imágenes fotorrealistas , el desarrollo de "teatros en casa" que rodean al espectador como pantallas IMAX .
- Legibilidad a la luz del sol para que se puedan utilizar para señales de carreteras y autopistas, ferias comerciales, etc.
- Transparencia , las pantallas podrían tener una parte trasera transparente, por lo tanto, podrían usarse como ventanas desde el interior y como pantallas desde el exterior.
Referencias
- ^ Larry F. Hodges, "Gráficos por computadora estereoscópicos multiplexados en el tiempo", IEEE Computer Graphics marzo / abril de 1992 (vol. 12 no. 2) pp. 20-30 DOI Bookmark:
- ^ Achintya K. Bhowmik; Zili Li; Philip J. Bos (31 de julio de 2008). Pantallas móviles: tecnología y aplicaciones . John Wiley e hijos. págs. 281–. ISBN 978-0-470-99463-4.
- ^ Sociedad de Informática IEEE