El procesamiento digital de luz ( DLP ) es un conjunto de chips basados en tecnología óptica microelectromecánica que utiliza un dispositivo de microespejos digitales . Fue desarrollado originalmente en 1987 por Larry Hornbeck de Texas Instruments . Si bien el dispositivo de imágenes DLP fue inventado por Texas Instruments, el primer proyector basado en DLP fue presentado por Digital Projection Ltd en 1997. Tanto Digital Projection como Texas Instruments recibieron premios Emmy en 1998 por la tecnología de proyectores DLP. DLP se utiliza en una variedad de aplicaciones de visualización, desde pantallas estáticas tradicionales hasta pantallas interactivas y también aplicaciones integradas no tradicionales, incluidos usos médicos, de seguridad e industriales.
La tecnología DLP se utiliza en proyectores frontales DLP (unidades de proyección independientes para aulas y empresas principalmente), televisores de retroproyección DLP y carteles digitales. También se utilizaba en aproximadamente el 85 % de las proyecciones de cine digital en 2011 y en la fabricación aditiva como fuente de luz en algunas impresoras para curar resinas y convertirlas en objetos sólidos en 3D. [1]
Los chipsets "pico" más pequeños se utilizan en dispositivos móviles, incluidos accesorios de teléfonos celulares y funciones de pantalla de proyección integradas directamente en los teléfonos.
En los proyectores DLP, la imagen se crea mediante espejos microscópicamente pequeños dispuestos en una matriz sobre un chip semiconductor, conocido como dispositivo de microespejos digitales (DMD). Estos espejos son tan pequeños que el paso de píxeles del DMD puede ser de 5,4 μm o menos. [2] Cada espejo representa uno o más píxeles en la imagen proyectada. La cantidad de espejos corresponde a la resolución de la imagen proyectada (a menudo, la mitad de espejos que la resolución anunciada debido a la oscilación ). Las matrices de 800×600 , 1024×768 , 1280×720 y 1920×1080 ( HDTV ) son algunos tamaños comunes de DMD. Estos espejos se pueden reposicionar rápidamente para reflejar la luz a través de la lente o sobre un disipador de calor (llamado volcado de luz en la terminología de Barco ).
Al alternar rápidamente el espejo entre estas dos orientaciones (esencialmente encendido y apagado) se producen escalas de grises , controladas por la relación entre el tiempo encendido y el tiempo apagado.
Existen dos métodos principales mediante los cuales los sistemas de proyección DLP crean una imagen en color: los que se utilizan con proyectores DLP de un solo chip y los que se utilizan con proyectores de tres chips. Se está desarrollando un tercer método, la iluminación secuencial mediante tres diodos emisores de luz de colores, que actualmente se utiliza en los televisores fabricados por Samsung .
En un proyector con un solo chip DLP, los colores se producen colocando una rueda de color entre una lámpara blanca y el chip DLP o utilizando fuentes de luz individuales para producir los colores primarios, por ejemplo, LED o láseres . La rueda de color se divide en varios sectores: los colores aditivos primarios : rojo, verde y azul, y en muchos casos blanco (transparente). Los sistemas más nuevos sustituyen los colores sustractivos primarios cian, magenta y amarillo por el blanco. El uso de los colores sustractivos es parte del nuevo sistema de rendimiento de color llamado BrilliantColor que procesa los colores aditivos junto con los colores sustractivos para crear un espectro más amplio de posibles combinaciones de colores en la pantalla.
El chip DLP está sincronizado con el movimiento giratorio de la rueda de color, de modo que el componente verde se muestra en el DMD cuando la sección verde de la rueda de color está delante de la lámpara. Lo mismo sucede con las secciones roja, azul y otras. De este modo, los colores se muestran secuencialmente a una velocidad lo suficientemente alta como para que el observador vea una imagen compuesta "a todo color". En los primeros modelos, esto suponía una rotación por fotograma. Ahora, la mayoría de los sistemas funcionan a una velocidad de hasta 10 veces la de los fotogramas.
El nivel de negro de un DLP de un solo chip depende de cómo se disponga la luz no utilizada. Si la luz no utilizada se dispersa para reflejarse y disiparse en las paredes interiores rugosas de la cámara del DMD/lente, esta luz dispersada será visible como un gris tenue en la pantalla de proyección, cuando la imagen esté completamente oscura. Se pueden lograr negros más profundos y relaciones de contraste más altas dirigiendo la luz HID no utilizada lejos de la cámara del DMD/lente hacia un área separada para su disipación y protegiendo la trayectoria de la luz de los reflejos secundarios internos no deseados.
Los proyectores DLP de un solo chip que utilizan una rueda de color giratoria mecánica pueden presentar una anomalía conocida como "efecto arco iris". Esto se describe mejor como breves destellos de "sombras" percibidas de rojo, azul y verde que se observan con mayor frecuencia cuando el contenido proyectado presenta áreas de alto contraste de objetos brillantes o blancos en movimiento sobre un fondo mayoritariamente oscuro o negro. Ejemplos comunes son los créditos finales de muchas películas y también las animaciones con objetos en movimiento rodeados de un contorno negro grueso. También puede apreciarse una breve separación visible de los colores cuando la mirada del espectador se mueve rápidamente por la imagen proyectada. Algunas personas perciben estos artefactos de arco iris con frecuencia, mientras que otras pueden no verlos nunca.
Este efecto se produce por la forma en que el ojo sigue un objeto en movimiento en la proyección. Cuando un objeto en la pantalla se mueve, el ojo sigue el objeto con un movimiento constante, pero el proyector muestra cada color alternativo del cuadro en la misma ubicación durante todo el cuadro. Por lo tanto, mientras el ojo se mueve, ve un cuadro de un color específico (rojo, por ejemplo). Luego, cuando se muestra el siguiente color (verde, por ejemplo), aunque se muestra en la misma ubicación superpuesta al color anterior, el ojo se ha movido hacia el siguiente cuadro objetivo del objeto. Por lo tanto, el ojo ve ese color de cuadro específico ligeramente cambiado. Luego se muestra el tercer color (azul, por ejemplo) y el ojo ve el color de ese cuadro ligeramente cambiado nuevamente. Este efecto no se percibe solo para el objeto en movimiento, sino para toda la imagen. Los proyectores de un solo chip basados en LED y láser multicolor pueden eliminar la rueda giratoria y minimizar el efecto arco iris, ya que las frecuencias de pulso de los LED y láseres no están limitadas por el movimiento físico. Los proyectores DLP de tres chips funcionan sin ruedas de color y, por lo tanto, no manifiestan este artefacto de arco iris”. [3]
Un proyector DLP de tres chips utiliza un prisma para dividir la luz de la lámpara y cada color primario de la luz se dirige a su propio chip DMD, donde se recombina y se envía a través de la lente . Los sistemas de tres chips se encuentran en los proyectores de cine en casa de gama alta, los proyectores para grandes espacios y los sistemas de proyección de cine DLP que se encuentran en las salas de cine digitales.
Según DLP.com, los proyectores de tres chips que se utilizan en las salas de cine pueden producir 35 billones de colores. [ cita requerida ] Se sugiere que el ojo humano puede detectar alrededor de 16 millones de colores [ cita requerida ] , lo que es teóricamente posible con la solución de un solo chip. Sin embargo, esta alta precisión de color no significa que los proyectores DLP de tres chips sean capaces de mostrar toda la gama de colores que podemos distinguir (esto es fundamentalmente imposible con cualquier sistema que componga colores añadiendo tres colores base constantes). Por el contrario, son los proyectores DLP de un chip los que tienen la ventaja de permitir cualquier número de colores primarios en una rueda de filtro de color suficientemente rápida, por lo que existe la posibilidad de mejorar las gamas de colores.
La tecnología DLP es independiente de la fuente de luz y, como tal, se puede utilizar de manera eficaz con una variedad de fuentes de luz. Históricamente, la principal fuente de luz utilizada en los sistemas de visualización DLP ha sido una unidad de lámpara de arco de xenón de alta presión reemplazable (que contiene un tubo de arco de cuarzo, un reflector, conexiones eléctricas y, a veces, un protector de cuarzo/vidrio), mientras que la mayoría de los proyectores DLP de categoría pico (ultrapequeños) utilizan LED o láseres de alta potencia como fuente de iluminación. Desde 2021, una fuente de luz láser se ha vuelto muy común en muchos proyectores profesionales, por ejemplo, el Panasonic PT-RZ990. [4]
En el caso de las lámparas de arco de xenón , se utiliza una fuente de alimentación de corriente constante, que comienza con un voltaje de circuito abierto suficientemente alto (entre 5 y 20 kV, según la lámpara) para provocar la formación de un arco entre los electrodos y, una vez que se establece el arco, el voltaje a través de la lámpara cae a un valor determinado (normalmente de 20 a 50 voltios [5] ) mientras que la corriente aumenta hasta un nivel necesario para mantener el arco con un brillo óptimo. A medida que la lámpara envejece, su eficiencia disminuye, debido al desgaste de los electrodos, lo que da como resultado una reducción de la luz visible y un aumento de la cantidad de calor residual. El final de la vida útil de la lámpara suele indicarse mediante un LED en la unidad o una advertencia de texto en pantalla, lo que hace necesario el reemplazo de la unidad de lámpara.
El funcionamiento continuo de la lámpara más allá de su vida útil nominal puede provocar una mayor disminución de la eficiencia, la emisión de luz puede volverse irregular y la lámpara puede llegar a calentarse lo suficiente como para que los cables de alimentación se derritan y se desprendan de los terminales de la lámpara. Finalmente, el voltaje de arranque requerido también aumentará hasta el punto en que ya no se pueda producir la ignición. Las protecciones secundarias, como un monitor de temperatura, pueden apagar el proyector, pero un tubo de arco de cuarzo sometido a una tensión excesiva térmica también puede agrietarse o explotar. Prácticamente todas las carcasas de las lámparas contienen barreras resistentes al calor (además de las que se encuentran en la propia unidad de la lámpara) para evitar que los fragmentos de cuarzo al rojo vivo salgan del área.
El primer televisor de alta definición DLP basado en LED disponible comercialmente fue el Samsung HL-S5679W en 2006, que también eliminó el uso de una rueda de color. Además de una larga vida útil que elimina la necesidad de reemplazar la lámpara y la eliminación de la rueda de color, otras ventajas de la iluminación LED incluyen un funcionamiento instantáneo y un color mejorado, con una mayor saturación de color y una gama de colores mejorada a más del 140% de la gama de colores NTSC . Samsung amplió la línea de modelos LED en 2007 con productos disponibles en tamaños de pantalla de 50, 56 y 61 pulgadas. En 2008, la tercera generación de productos LED DLP de Samsung estuvo disponible en tamaños de pantalla de 61 (HL61A750) y 67 pulgadas (HL67A750).
La tecnología LED convencional no produce la intensidad y las características de alto flujo luminoso necesarias para sustituir a las lámparas de arco. Los LED especiales que se utilizan en todos los televisores DLP de Samsung son los LED PhlatLight, diseñados y fabricados por Luminus Devices, con sede en Estados Unidos. Un único chip LED PhlatLight RGB ilumina estos televisores de proyección. Los LED PhlatLight también se utilizan en una nueva clase de proyector frontal DLP ultracompacto, comúnmente denominado "proyector de bolsillo", y se han introducido en los nuevos modelos de LG Electronics (HS101), Samsung Electronics (SP-P400) y Casio (serie XJ-A). Los proyectores de cine en casa serán la próxima categoría de proyectores DLP que utilizarán la tecnología LED PhlatLight. En InfoComm, en junio de 2008, Luminus y TI anunciaron su colaboración para utilizar su tecnología en proyectores para cine en casa y para empresas y demostraron un prototipo de proyector frontal DLP para cine en casa basado en LED PhlatLight. También anunciaron que los productos estarán disponibles en el mercado a finales de 2008, de la mano de Optoma y otras compañías que se nombrarán más adelante durante el año.
Christie Digital también utilizó los LED PhlatLight de Luminus Devices en su sistema de visualización MicroTiles basado en DLP . [6] Se trata de un sistema modular construido a partir de pequeños cubos de retroproyección (de 20 pulgadas en diagonal), que se pueden apilar y colocar en mosaico para formar grandes lienzos de visualización con juntas muy pequeñas. La escala y la forma de la pantalla pueden tener cualquier tamaño, solo limitadas por límites prácticos.
El primer televisor de alta definición DLP basado en láser disponible comercialmente fue el Mitsubishi L65-A90 LaserVue en 2008, que también eliminó el uso de una rueda de colores. Tres láseres de color independientes iluminan el dispositivo de microespejos digitales (DMD) en estos televisores de proyección, lo que produce una paleta de colores más rica y vibrante que otros métodos. Consulte el artículo sobre pantallas de video láser para obtener más información.
Los sistemas DLP Cinema se han implementado y probado comercialmente en cines desde 1999. En junio de 1999, Star Wars: Episodio I - La amenaza fantasma fue la primera película en ser escaneada y distribuida completamente en cines. [7] [8] [9] [10] [11] Cuatro cines instalaron proyectores digitales para el estreno de la película. [12] Lo mismo se hizo para la película animada Tarzán ese mismo año . [13] Más tarde ese año, Toy Story 2 fue la primera película en ser creada, editada y distribuida completamente digitalmente, y más cines instalaron proyectores digitales para su estreno. DLP Cinema fue la primera tecnología de cine digital comercial y es la tecnología de cine digital líder con aproximadamente el 85% de la participación de mercado en todo el mundo a diciembre de 2011. [ cita requerida ] El cine digital tiene algunas ventajas sobre la película porque la película puede estar sujeta a desvanecimiento de color, saltos, rayones y acumulación de suciedad. El cine digital permite que el contenido de la película mantenga una calidad constante a lo largo del tiempo. Hoy en día, la mayoría del contenido de las películas también se captura digitalmente. La primera película de acción en vivo totalmente digital filmada sin película fue Star Wars Episodio II: El ataque de los clones , estrenada en 2002. [ cita requerida ]
DLP Cinema no fabrica los proyectores finales, sino que proporciona la tecnología de proyección y trabaja en estrecha colaboración con Barco, Christie Digital y NEC, que fabrican las unidades de proyección finales. DLP Cinema está disponible para los propietarios de salas de cine en múltiples resoluciones, según las necesidades del exhibidor. Estas incluyen 2K (para la mayoría de las pantallas de cine), 4K (para pantallas de cine grandes) y S2K, que fue diseñado específicamente para salas de cine pequeñas, en particular en los mercados emergentes de todo el mundo.
El 2 de febrero de 2000, Philippe Binant, director técnico del Proyecto de Cine Digital de Gaumont , en Francia, realizó la primera proyección de cine digital en Europa [14] con la tecnología DLP Cinema desarrollada por Texas Instruments. DLP es actualmente el líder en cuota de mercado en proyección de películas digitales profesionales, [15] en gran medida debido a su alta relación de contraste y resolución disponible en comparación con otras tecnologías de proyección frontal digital. A diciembre de 2008, hay más de 6.000 sistemas de cine digital basados en DLP instalados en todo el mundo. [16]
Los proyectores DLP también se utilizan en RealD Cinema y en los nuevos cines IMAX para películas en 3D .
Desde su introducción comercial en 1996, la tecnología DLP ha ganado cuota de mercado en el mercado de proyección frontal y ahora tiene más del 50% de la cuota de mercado mundial en proyección frontal, además del 85% de la cuota de mercado en cine digital a nivel mundial. [ cita requerida ] Además, en la categoría pico (pantalla pequeña y móvil), la tecnología DLP tiene aproximadamente el 70% de la cuota de mercado. Más de 30 fabricantes utilizan el chipset DLP para alimentar sus sistemas de visualización de proyección.
El sistema competidor más similar al DLP se conoce como LCoS ( cristal líquido sobre silicio ), que crea imágenes utilizando un espejo estacionario montado en la superficie de un chip y utiliza una matriz de cristal líquido (similar a una pantalla de cristal líquido ) para controlar la cantidad de luz que se refleja. [22] También se podría decir que los sistemas de televisión basados en DLP tienen una profundidad menor que la televisión de proyección tradicional.