Por que a sua próxima TV pode (e deve!) vir recheada de pontos quânticos

Não é segredo que as TVs OLED produzem a melhor qualidade de imagem em alta definição do mercado atualmente. Também é público e sabido que os painéis de OLED são obscenamente caros comparados aos tradicionais LCD retroiluminados por LED. Se ao menos existisse uma maneira de produzir imagens com a qualidade do OLED mas que custasse uma fração do seu preço atual… Espera, isso existe!

Eles são chamados de pontos quânticos: cristais em nano escala que absorvem luz e a reemitem em uma onda diferente, bem específica. Eles basicamente fazem o que os semicondutores de hidrocarbonetos fazem em um painel OLED, mas sem a parte requintada da química orgânica. Eles podem ser a chave para criar uma saturação com a qualidade do plasma que nunca desbota, painéis mais brilhantes com contraste aumentado e gamas maiores – tudo isso custando pouco mais que os painéis LCD à venda hoje.

Como a sua TV LCD funciona e como ela poderia ser melhor

Tem sido uma semana de novas TVs malucas graças à CES, então talvez seja uma boa hora para revisarmos alguns pontos básicos da tecnologia convencional. Telas LCD-LED (daqui para frente as chamaremos apenas de “LCD”) são, na realidade, dispositivos bem simples, consistindo em três componentes básicos: a luz de fundo branca, os pixels (cada um dividido em três subpixels coloridos: vermelho, verde e azul) e o cortina do LCD (que funciona como uma veneziana, abrindo e fechando em cima de cada subpixel para criar várias tonalidades). A luz de fundo incide em cada pixel da tela para gerar o ponto colorido – em conjunto, todos esses pixels coloridos geram a imagem que você vê – e a cor do ponto depende da posição da cortina do LCD.

Assim, se ela fecha sobre os subpixels vermelho e verde de um pixel, a luz sai azul; se a cortina fecha apenas sobre o subpixels verde, a luz sai violeta (da combinação das luzes azul e vermelha); se ele fecha sobre os três, produz o preto; se permanece totalmente aberta, você tem o branco. Da mistura de luz e da exposição dos subpixels, as TVs modernas conseguem produzir milhões de diferentes tons, como as novas TVs 4K super finas da Sony.

Embora pareça tudo certo, esse processo não é o ideal. Por exemplo, ele exige muita energia. A luz de fundo nunca se apaga, ela é simplesmente bloqueada pela cortina do LCD. Além disso, ela necessita de uma estrutura de suporte para ser afixada atrás da tela, o que aumenta o peso, a espessura e o custo de produção da TV. As OLED dispensam essa luz de fundo, ou a estrutura de suporte, motivo pelo qual elas podem ter apenas alguns milímetros de espessura e serem curvadas. Mas o mais importante é que a luz de fundo “branca” não é na realidade uma luz branca; é um diodo azul revestimento com fósforo amarelo para produzir uma fonte de luz. Quando a luz de fundo está com a temperatura de cor errada, isso afeta a precisão das cores que são exibidas na tela.

Então o que é um ponto quântico e o como ele funciona?

Pontos quânticos (QD, da abreviação do original em inglês) corrigem o problema da temperatura de cor usando uma luz de fundo melhor – todo o restante da tela LCD permanece idêntico. A tecnologia QD começou em meados dos anos 1990 como uma nova forma de dispositivos de imagem infravermelha. Demorou até o começo dos anos 200 para as fabricantes de TVs comprarem a ideia de usar a tecnologia em suas telas.

À esquerda: frascos luminescentes mostram variações de cor com o tamanho do QD. À direita: pontos quânticos tetrápode por um Microscópio Electron. (PRNewsFoto/Quantum Materials Corporation)

Os pontos quânticos são, na realidade, pedacinhos fascinantes de engenharia. Cada ponto é um nanocristal semicondutor feito de seleneto de cádmio e a cor que ele produz é totalmente dependente do tamanho específico do cristal (como você pode ver na imagem acima) em vez de sua composição química. O que é realmente legal é que pela cor produzida ser determinada pelas propriedades físicas do cristal, ela nunca, jamais varia. Aqueles pontos quânticos de 4,2 mm na imagem acima produzirá o exato tom de vermelho hoje e daqui a 20 anos porque ele não é obtido tingindo uma fonte de luz branca – os pontos quânticos produzem apenas aquela onda de luz vermelha quando são ativados.

Para uma tela de TV, os pontos quânticos são produzidos de forma similar às OLED – ou seja, eles são prensados entre duas camadas de materiais semicondutores orgânicos. Na medida em que uma voltagem é aplicada em um lado do sanduíche, os elétrons se movem para preencher suas respectivas lacunas dentro da camada do ponto quântico e, ao fazer isso, geram os fótons.

No nível dos seus componentes, painéis que usam a tecnologia dos pontos quânticos são uma série de tubos. A fonte de luz é gerado por um LED azul sem revestimento que viaja por um pequeno tubo preenchido com pontos quânticos vermelhos e verdes. Quando a luz ativa os pontos, eles ficam fluorescentes, criando a luz vermelha e verde que combina com a fonte de luz azul e gera a luz branca pura. Essa luz branca, então, age como se fosse uma luz de fundo convencional no resto da TV LCD, como comentamos acima.

Espera: então tudo isso é sobre a cor da luz de fundo da minha TV?

Basicamente, sim. Mas não se trata de um truque barato como o 3D. A tecnologia QD oferece algumas vantagens em relação à luz de fundo do LCD e também às telas OLED.

Primeiro, telas iluminadas com QD são muito mais eficientes em termos de consumo do que luzes de fundo convencionais porque elas operam como as OLED. Isso significa que não temos ali uma luz ligada constantemente; cada pixel iluminado por um ponto quântico só é ligado quando é realmente necessário. Isso economiza até 50% de energia em comparação a uma LCD comum, e não só: a tela fica de 50 a 100 vezes mais brilhante e a gama de cores é até 30% maior (isso seria o total hipotético de cores que uma tela por produzir). São números equiparáveis à geração atual de TVs OLED.

A tecnologia QD também tem algumas vantagens em relação ao OLED, especialmente na fabricação. Como ela se baseia em estruturas de cristal inorgânico em vez de cadeias de hidrocarbonetos orgânicos, a probabilidade dos componentes QD se degradarem com o tempo é mínima. Eles também são menos suscetíveis aos danos da umidade e de oxidação do que componentes OLED. Mais que isso, como o seleneto de cádmio é solúvel em soluções aquosas e não-aquosas, ele pode ser impresso em uma variedade enorme de materiais poliméricos – incluindo telas finas como lâminas, paredes luminescentes e painéis de teto (no futuro, em vez de uma lâmpada, todo o teto do cômodo poderá acender com o apertar de um botão), e ainda as telas emissivas (onde a tela é a sua própria fonte de luz). Por fim, como se trata de apenas um componente em um sistema de imagens já existente, e não um modo de produção totalmente novo, a tecnologia QD pode ser integrada aos painéis mais rapidamente do que a queda dos custos de produção do OLED.

Ainda assim, é só uma maldita luzinha no fundo da sua TV. Se pensarmos bem, é de se questionar quanto da qualidade de imagem pode ser melhorado apenas limpando a temperatura da cor da fonte de luz. Nesse caso? Muita coisa, o suficiente para equipará-la à do OLED e com o bônus de não custar o preço de um rim.

Imagem do topo: Frank L Junior