Un nuevo tipo de filtro de color podría incrementar significativamente la eficiencia energética de las pantallas de cristal líquido (LCD), que dominan el mercado en todo, desde televisores a teléfonos móviles.

Las mejores pantallas LCD actuales sólo emiten alrededor del 8 por ciento de la luz producida por sus luces de fondo. Esto significa que consumen las baterías de los dispositivos electrónicos portátiles y catapultan las facturas de electricidad en los hogares (la Comisión de Energía de California estima que los televisores consumen el 10 por ciento de la electricidad en las casas).

Normalmente, las LCD utilizan varias capas de dispositivos ópticos para colorear, polarizar, obturar la luz de una luz de fondo, y a cada paso surgen nuevas ineficiencias. Recientemente, los investigadores de la Universidad de Michigan han desarrollado una película óptica que promete aumentar la eficiencia global de las pantallas LCD en más de un 400 por ciento--de modo que el 36 por ciento de la luz pase a su través. La nueva película óptica fue desarrollada por un equipo de investigadores dirigido por L. Jay Guo, profesor de ingeniería eléctrica e ingeniera informática de esta universidad. La película colorea y polariza la luz que pasa a través de una pantalla LCD de una forma más eficiente de lo que pueden hacerlo los componentes convencionales.

El filtro de color es un sándwich de tres capas de un material aislante entre dos capas de aluminio; todo el montón tiene un grosor inferior a los 200 nanómetros y está marcado con rendijas a intervalos fijos, como una rejilla. La distancia entre las rendijas y su anchura determina el color que va a producir cuando sea iluminada por una luz de fondo blanca. Esto se debe a que los patrones de la rejilla están en la misma escala de tamaño que las longitudes de onda de la luz visible. En un artículo publicado la semana pasada en línea en la revista Nature Communications, los investigadores de Michigan demuestran que pueden obtener un arco iris de colores mediante un filtro de este tipo.

Además de ser más eficiente, el filtro también es más simple de fabricar que las LCD actuales, destaca Guo. Es posible crear subpíxeles rojos, azules y verdes mediante el grabado de rendijas de diferentes anchos colocadas de lado a lado en un único paso de fabricación. Las LCD convencionales utilizan pigmentos para definir los subpíxeles rojos, verdes y azules que filtran la luz procedente de la luz de fondo. Cada uno de estos colorantes se deposita de uno en uno y luego se graba para crear un subpíxel. Las nuevas rendijas transmiten más luz que los filtros basados en colorante; mientras que un filtro verde tradicional transmite un 40 por ciento de la luz; el filtro verde de rejilla transmite el 60 por ciento. Otros colores tienen ventajas de eficiencia similares.

Las rejillas también polarizan la luz de manera muy eficiente. Esto es vital, porque las persianas de cristal líquido que se abren y cierran para permitir que la luz pase a través de cada píxel sólo funcionan con luz polarizada. Las pantallas convencionales utilizan filtros polarizadores que absorben la mitad de la luz--la parte con la polarización incorrecta. Las rejillas de Guo dejan pasar a su través la luz de la polarización correcta, pero no absorben el otro 50 por ciento--en vez de esto, esta luz es reflejada de vuelta en el otro sentido. Un espejo refleja la luz y cambia parte de su polarización, lo que permite que pase más luz a través de las rendijas.

Otros investigadores han desarrollado estructuras reticulares similares para enfocar o aprovechar más la luz de pantallas o células solares. "Es una estructura muy fácil de construir y de grabar", señala Peter Catrysse, investigador de la Universidad de Stanford. Él añade que el polarizador y filtro de color de Guo muestra una gran versatilidad y posibilidad de ajuste, una señal de que el campo se "está acercando a la construcción de componentes que puedan ser utilizados con fines prácticos."

Nicholas Fang, profesor de ciencia e ingeniería mecánica de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, ve otras direcciones para el trabajo. Él señala que Qualcomm está trabajando en pantallas reflectivas de incluso menor consumo. La combinación de este tipo de pantallas con el nuevo filtro podría eliminar por completo la luz de fondo. "Existe la posibilidad de construir esta [rendija] como un filtro de color reflectivo", afirma él.

Actualmente, los investigadores de Michigan están concentrados en la fabricación de filtros "con valor de producción", o compatibles con la maquinaria utilizada para producir pantallas en masa, señala Guo. El año pasado, su grupo demostró una manera de utilizar las mismas técnicas nanoestampación en grandes áreas a gran velocidad mediante impresoras de rollo a rollo. "Hemos utilizado la fabricación continua de rollo a rollo para desarrollar estructuras muy similares", afirma él. "Los elementos individuales están ahí, y ahora se trata de una cuestión de integración."