Cristal líquido sobre silicio

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Cristal líquido sobre silicio (LCoS o LCOS: Liquid Crystal on Silicon) es una tecnología de proyección/reproducción.

Funcionamiento

La tecnología LCoS podría considerarse como un híbrido entre las tecnologías, también de proyección/reproducción, LCD y DLP. De esta forma, para comprender el funcionamiento de LCoS es necesario entender primero el funcionamiento de LCD y DLP.

La tecnología LCD (Liquid Crystal Display) esta basada en la utilización de partículas de una sustancia que comparte propiedades del estado líquido y sólido simultáneamente (cristal líquido), las cuales al aplicarles una corriente eléctrica cambian su polarización dejando pasar o no la luz, de manera que al aplicarles diferentes niveles de voltaje se consiguen diferentes niveles de brillo intermedio entre luz y no-luz. Para conseguir colores se aplican filtros de los tres colores primarios y con la combinación de diferentes niveles de brillo a cada uno de los tres colores primarios se consiguen los colores restantes.

La tecnología DLP (Digital Light Processing) esta basada en la utilización de un chip denominado DMD (Digital Micromirror Device) que esta constituido por un micro espejo para cada píxel, el cuál según una señal digital se inclina respecto a la luz de una lámpara de manera que puede reflejarla o no. Utiliza dos métodos distintos para conseguir colores según si se trata de proyectores/reproductores DLP de un chip DMD o de tres chips DMD. Si nos encontramos en el caso de utilizar un único chip DMD, los colores se consiguen mediante una rueda de color colocada a modo de filtro en el camino del haz de luz, mientras que si nos encontramos en el caso de utilizar tres chips DMD, a cada uno de ellos se le asigna la consecución de un color primario para finalmente realizar la composición mediante la correspondiente combinación de los tres. Ambos métodos son utilizados en la tecnología LCoS y se encuentran explicados con más detalle en el apartado “tipos”.

LCD se considera una tecnología de transmisión, ya que el cristal líquido deja (o no) pasar la luz, mientras que DLP se considera una tecnología de reflexión. LCoS combina ambas técnicas como veremos a continuación.

La tecnología LCoS utiliza una pantalla de cristal líquido y un dispositivo de silicio. La pantalla esta aplicada sobre el dispositivo, de manera que éste aplica una corriente eléctrica sobre las partículas de cristal líquido y cambia su polarización para que éstas dejen o no pasar la luz de una lámpara. El dispositivo de silicio, además, posee una superficie reflectante, de este modo la luz que atraviesa la pantalla incide sobre dicha superficie y es reflejada. Al aplicar diferentes niveles de voltaje sobre las partículas de cristal líquido se consiguen diferentes niveles de brillo intermedio entre luz y no-luz, y la cantidad de luz reflejada conforma la imagen. Así, podemos decir que la tecnología LCoS combina la técnica de transmisión, ya que las partículas de cristal líquido dejan (o no) pasar la luz, y la técnica de reflexión, ya que la superficie reflectante del dispositivo de silicio devuelve el haz de luz.

Éste es el funcionamiento básico de la tecnología LCoS, que cómo su propio nombre indica (Liquid Crystal on Silicon) se basa en la utilización de partículas de cristal líquido aplicadas a un dispositivo de silicio. Sin embargo, cada fabricante posee sus propias particularidades.

Tipos

Según la técnica que se utilice para representar los colores y su diseño podemos realizar una clasificación en dos grandes categorías: tecnologías con un único dispositivo LCoS y tecnologías con tres dispositivos LCoS. A continuación se explica su funcionamiento y características básicas de cada método, aunque cada fabricante posee sus propias particularidades.

Tecnologías con un único dispositivo LCoS

Cómo su propio nombre indica, utilizan un único dispositivo LCoS (una única pantalla formada por partículas de cristal líquido y su correspondiente dispositivo de silicio). Se basan en la consecución de los distintos colores mediante filtros. En éste apartado podemos distinguir dos técnicas con diseños diferentes: la rueda de color, que es la más común, y la denominada “Color Dots” (matriz de color).

Rueda de color

En este caso se utiliza un filtro en forma de rueda que se coloca frente a la luz proveniente de la lámpara, el cual (el filtro) se encuentra dividido en tres secciones, una para cada componente del color (los tres colores primarios: rojo, verde y azul). El dispositivo de silicio, que es el responsable de aplicar las diferentes tensiones eléctricas a las partículas de cristal líquido para cambiar su polarización y que éstas dejen pasar más o menos cantidad de luz, se sincroniza con la rueda de color, de manera que cuando la sección roja de la rueda de color se encuentre frente al haz de luz proveniente de la lámpara, el dispositivo LCoS emita la cantidad de luz correspondiente al color rojo, y así sucede también con las otras dos secciones correspondientes a los otros dos colores primarios restantes de la rueda de color. De este modo, se muestran tres imágenes, una roja, una verde y una azul (una para cada color primario, las componentes necesarias para crear el resto de colores) a una frecuencia elevada tal que el observador visualiza una imagen en color real formada a partir del resultado de que éste integre las tres imágenes en una sola.

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En este apartado es necesario destacar un efecto visual que se produce con la utilización de la rueda de color y que reduce considerablemente la calidad de la imagen: el denominado efecto arco iris.

Efecto arco iris

Este efecto se observa principalmente cuando el contenido se caracteriza por objetos con brillo o blancos sobre un fondo oscuro o negro (los créditos del final de una película son un ejemplo común). El efecto visual se describe como destellos breves de sombras de los tres colores primarios (rojo, verde y azul).

La percepción de este efecto visual varía según la persona. Algunas personas lo perciben durante todo el tiempo, otras simplemente cuando mueven sus ojos a través de la imagen, incluso hay personas que no lo notan.

Para reducir el aspecto de este efecto se utilizan velocidades de rotación de la rueda de color más elevadas, o ruedas con más segmentos de color.

En la imagen se puede observar claramente la descripción anterior sobre el efecto: elementos con gran brillo y de color blanco sobre un fondo oscuro o negro y a su alrededor capturado uno de los destellos breves de sombras de los tres colores primarios (rojo, verde y azul). A grandes rasgos, se muestran líneas blancas que se dividen en sus componentes de color.

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Matriz de color (Color Dots)

En este caso se divide cada píxel en tres subpíxeles y se le aplican filtros colocados frente al haz de luz reflejada que asignan a cada uno de los subpíxeles uno de los tres colores primarios, de manera que al combinarlos formen el color real.

Tecnologías con tres dispositivos LCoS

Cómo su propio nombre indica, utilizan tres dispositivos LCoS (tres pantallas formadas por partículas de cristal líquido y sus correspondientes dispositivos de silicio) y cada uno de ellos se encarga de formar la imagen en uno de los tres colores primarios (rojo, verde y azul). Se basan en la combinación de diferentes espejos especiales (que dividen el haz de luz en dos, reflejando y dejando pasar la luz simultáneamente) para dividir y conducir la luz proveniente de la lámpara hacia los tres dispositivos distintos y para, posteriormente, integrar las tres imágenes formadas por cada uno de los tres dispositivos. De esta manera, mediante la combinación de las tres imágenes en los tres colores primarios se consigue formar la imagen en color real.

Ventajas/ inconvenientes

A continuación se enumeran las principales ventajas y los principales inconvenientes que posee la tecnología LCoS. Para ello es inevitable la correspondiente comparación con sus principales tecnologías competidoras: LCD y DLP.

Ventajas

• Consiguen muy altas resoluciones con el mínimo de elementos (por ejemplo, en el caso de la tecnología de proyección/reproducción DLP, para conseguir mayores resoluciones son necesarios chips DMD formados por un mayor número de micro espejos), debido a la poca distancia existente entre píxeles, de modo que se consigue una imagen mucho más natural y el pixelado es prácticamente inexistente.

• Los bordes de sus píxeles se muestran más suavizados, en contraste con los bordes afilados de los micro espejos del sistema DLP, de manera que reproduce una imagen de un modo mucho más suave y no con un aire tan sintético y artificial, que puede provocar una sensación de imagen más forzada, menos natural.

• Consigue mejores colores saturados que LCD y DLP.

• En el caso de no poseer rueda de color para la consecución de colores, no presenta los inconvenientes que su utilización conlleva como el efecto arco iris. A algunas personas más sensibles y susceptibles a estos factores, además, les produce vista cansada y dolor de cabeza.

Inconvenientes

• Tecnología más cara que otras como LCD y DLP.

• Los proyectores/reproductores que utilizan esta tecnología son más pesados y menos compactos (sobre todo en el caso de utilizar tecnologías con tres dispositivos LCoS) que otros que utilizan las tecnologías LCD y DLP.

• Su nivel de negro es pobre, por lo que no consigue un contraste tan elevado como otras tecnologías.

• La vida de las lámparas utilizadas para este sistema es menor y además poseen un coste elevado.

• Compite con los proyectores/reproductores DLP para ser la tecnología utilizada en la llegada del cine digital, pero de momento se le considera inferior a ésta, ya que una de las aplicaciones que sitúan al cine digital sobre el cine analógico es la reproducción en 3D, y debido a las altas frecuencias de cuadro necesarias para su reproducción la tecnología LCoS no esta capacitada para ello.

• Por el momento no se ha adoptado un sistema adecuado para su producción masiva, y más si se trata de la tecnología que utiliza tres dispositivos LCoS, hecho que contribuye en su elevado coste económico.

• Por algunas de sus desventajas no se encuentra tan bien situada en el mercado como otros sistemas de proyección/reproducción, de manera que sus ventas son inferiores y los consumidores reciben este hecho como un signo de inferioridad de calidad y ello contribuye a bajar más su posición en el mercado.

Aplicaciones

• Uso doméstico como proyector/reproductor.
• En la proyección/reproducción de cine digital.
• Interruptores y conmutadores ópticos.
• Almacenamiento de datos holográficos.
• Proyección/reproducción de material holográfico.