Las tecnologías de pantalla grande han desplazado casi por completo a los tubos de rayos catódicos (CRT) en las ventas de televisores debido al necesario volumen de los tubos de rayos catódicos. El tamaño diagonal de la pantalla de un televisor CRT está limitado a unos 100 cm (40 pulgadas) debido a los requisitos de tamaño del tubo de rayos catódicos, que dispara tres haces de electrones hacia la pantalla para crear una imagen visible. Un televisor de pantalla grande requiere un tubo más largo, lo que hace que un televisor CRT de pantalla grande de aproximadamente 130 a 200 cm (50 a 80 pulgadas) sea poco realista. Los televisores de pantalla grande más nuevos son comparativamente más delgados.
Distancias de visualización
Campo de visión horizontal, vertical y diagonal.
Antes de decidirse por el tamaño de una tecnología de visualización concreta, es muy importante determinar desde qué distancias se va a ver. A medida que aumenta el tamaño de la pantalla, también aumenta la distancia de visualización ideal. Bernard J. Lechner , mientras trabajaba para RCA , estudió las mejores distancias de visualización para diversas condiciones y derivó la llamada distancia de Lechner .
Como regla general , la distancia de visualización debe ser aproximadamente dos o tres veces el tamaño de la pantalla para pantallas de definición estándar (SD). [1] [2] [3] [4] [5]
Especificaciones de la pantalla
Los siguientes son factores importantes para evaluar las pantallas de televisión:
Tamaño de pantalla: la longitud diagonal de la pantalla.
Resolución de pantalla : el número de píxeles en cada dimensión de una pantalla. En general, una resolución más alta producirá una imagen más clara y nítida.
Tamaño de punto : este es el tamaño de un píxel individual, que incluye la longitud de los subpíxeles y las distancias entre subpíxeles. Se puede medir como la longitud horizontal o diagonal de un píxel. Una separación de puntos más pequeña generalmente da como resultado imágenes más nítidas porque hay más píxeles en un área determinada. En el caso de las pantallas CRT, los píxeles no son equivalentes a los puntos de fósforo, como lo son a las tríadas de píxeles en las pantallas LC. Las pantallas de proyección que utilizan tres CRT monocromáticos no tienen estructura de puntos, por lo que esta especificación no se aplica.
Tiempo de respuesta : el tiempo que tarda la pantalla en responder a una entrada determinada. Para una pantalla LC, se define como el tiempo total que tarda un píxel en pasar de negro a blanco y luego de blanco a negro. Una pantalla con tiempos de respuesta lentos que muestra imágenes en movimiento puede provocar imágenes borrosas y distorsionadas. Las pantallas con tiempos de respuesta rápidos pueden realizar mejores transiciones al mostrar objetos en movimiento sin artefactos de imagen no deseados.
Brillo : La cantidad de luz emitida por la pantalla. En ocasiones es sinónimo del término luminancia , que se define como la cantidad de luz por área y se mide en unidades del SI como candelas por metro cuadrado.
Relación de contraste : la relación entre la luminancia del color más brillante y la luminancia del color más oscuro en la pantalla. Son deseables relaciones de contraste altas, pero el método de medición varía mucho. Se puede medir con la pantalla aislada de su entorno o teniendo en cuenta la iluminación de la habitación. La relación de contraste estático se mide en una imagen estática en algún instante en el tiempo. La relación de contraste dinámico se mide en la imagen durante un período de tiempo. Los fabricantes pueden comercializar una relación de contraste estática o dinámica dependiendo de cuál sea mayor.
Relación de aspecto : la relación entre el ancho de la pantalla y la altura de la pantalla. La relación de aspecto de un televisor tradicional es 4:3, pero está descontinuada; Actualmente, la industria de la televisión está cambiando a la relación 16:9 que suelen utilizar los televisores de pantalla grande y alta definición.
Ángulo de visión: el ángulo máximo en el que se puede ver la pantalla con una calidad aceptable. El ángulo se mide desde una dirección a la dirección opuesta de la pantalla, de modo que el ángulo de visión máximo sea de 180 grados. Fuera de este ángulo, el espectador verá una versión distorsionada de la imagen que se muestra. La definición de calidad aceptable para la imagen puede variar según el fabricante y el tipo de pantalla. Muchos fabricantes definen esto como el punto en el que la luminancia es la mitad de la luminancia máxima. Algunos fabricantes lo definen basándose en la relación de contraste y observan el ángulo en el que se realiza una determinada relación de contraste.
Reproducción/ gama de color : la gama de colores que la pantalla puede representar con precisión.
Tecnologías de visualización
Televisión LCD
Un píxel en una pantalla LCD consta de múltiples capas de componentes: dos filtros polarizadores , dos placas de vidrio con electrodos y moléculas de cristal líquido. Los cristales líquidos están intercalados entre las placas de vidrio y están en contacto directo con los electrodos. Los dos filtros polarizadores son las capas exteriores de esta estructura. La polaridad de uno de estos filtros está orientada horizontalmente, mientras que la polaridad del otro filtro está orientada verticalmente. Los electrodos se tratan con una capa de polímero para controlar la alineación de las moléculas de cristal líquido en una dirección particular. Estas moléculas en forma de varilla están dispuestas para coincidir con la orientación horizontal en un lado y la orientación vertical en el otro, lo que les da a las moléculas una estructura helicoidal retorcida. Los cristales líquidos nemáticos retorcidos están retorcidos de forma natural y se usan comúnmente para pantallas LCD porque reaccionan de manera predecible a las variaciones de temperatura y a la corriente eléctrica.
Cuando el material de cristal líquido está en su estado natural, la luz que pasa a través del primer filtro rotará (en términos de polaridad) por la estructura molecular retorcida, lo que permite que la luz pase a través del segundo filtro. Cuando se aplica voltaje a través de los electrodos, la estructura del cristal líquido se desenrosca en una medida determinada por la cantidad de voltaje. Un voltaje suficientemente grande hará que las moléculas se desenrosquen por completo, de modo que la polaridad de cualquier luz que pase no rotará y, en cambio, será perpendicular a la polaridad del filtro. Este filtro bloqueará el paso de la luz debido a la diferencia de orientación de polaridad y el píxel resultante será negro. La cantidad de luz que pasa a través de cada píxel se puede controlar variando el voltaje correspondiente en consecuencia. En una pantalla LCD en color, cada píxel consta de subpíxeles rojos, verdes y azules, que requieren filtros de color adecuados además de los componentes mencionados anteriormente. Cada subpíxel se puede controlar individualmente para mostrar una amplia gama de colores posibles para un píxel en particular.
Los electrodos de un lado de la pantalla LCD están dispuestos en columnas, mientras que los electrodos del otro lado están dispuestos en filas, formando una gran matriz que controla cada píxel. Cada píxel se designa como una combinación única de fila y columna, y los circuitos de control pueden acceder al píxel utilizando esta combinación. Estos circuitos envían carga a la fila y columna apropiadas, aplicando efectivamente un voltaje a través de los electrodos en un píxel determinado. Las pantallas LCD simples, como las de los relojes digitales, pueden funcionar con lo que se llama una estructura de matriz pasiva, en la que cada píxel se aborda de uno en uno. Esto da como resultado tiempos de respuesta extremadamente lentos y un control de voltaje deficiente. Un voltaje aplicado a un píxel puede hacer que los cristales líquidos de los píxeles circundantes se desenrosquen de forma indeseable, lo que produce borrosidad y un contraste deficiente en esta área de la imagen. Las pantallas LCD con altas resoluciones, como los televisores LCD de pantalla grande, requieren una estructura de matriz activa. Esta estructura es una matriz de transistores de película delgada , cada uno de los cuales corresponde a un píxel de la pantalla. La capacidad de conmutación de los transistores permite acceder a cada píxel de forma individual y precisa, sin afectar a los píxeles cercanos. Cada transistor también actúa como un condensador y pierde muy poca corriente, por lo que puede almacenar eficazmente la carga mientras se actualiza la pantalla.
Los siguientes son tipos de tecnologías de pantalla LC:
Nemático retorcido (TN): este tipo de pantalla es el más común y utiliza cristales de fase nemática retorcidos, que tienen una estructura helicoidal natural y pueden desenroscarse mediante un voltaje aplicado para permitir el paso de la luz. Estas pantallas tienen costos de producción bajos y tiempos de respuesta rápidos, pero también ángulos de visión limitados, y muchas tienen una gama de colores limitada que no puede aprovechar al máximo las tarjetas gráficas avanzadas. Estas limitaciones se deben a la variación en los ángulos de las moléculas de cristal líquido a diferentes profundidades, lo que restringe los ángulos en los que la luz puede salir del píxel.
Conmutación en plano (IPS): a diferencia de la disposición de los electrodos en las pantallas TN tradicionales, los dos electrodos correspondientes a un píxel están en la misma placa de vidrio y son paralelos entre sí. Las moléculas de cristal líquido no forman una estructura helicoidal, sino que también son paralelas entre sí. En su estado natural o "apagado", la estructura de la molécula está dispuesta paralela a las placas de vidrio y a los electrodos. Debido a que la estructura de la molécula retorcida no se utiliza en una pantalla IPS, el ángulo en el que la luz sale de un píxel no es tan restringido y, por lo tanto, los ángulos de visión y la reproducción del color son mucho mejores en comparación con los de las pantallas TN. Sin embargo, las pantallas IPS tienen tiempos de respuesta más lentos. Las pantallas IPS también padecían inicialmente relaciones de contraste deficientes, pero mejoraron significativamente con el desarrollo de Advanced Super IPS (AS – IPS).
Alineación vertical multidominio (MVA): en este tipo de pantalla, los cristales líquidos están dispuestos naturalmente perpendiculares a las placas de vidrio, pero se pueden girar para controlar el paso de la luz. También hay protuberancias en forma de pirámide en los sustratos de vidrio para controlar la rotación de los cristales líquidos de modo que la luz se canalice en ángulo con la placa de vidrio. Esta tecnología da como resultado amplios ángulos de visión al tiempo que ofrece buenas relaciones de contraste y tiempos de respuesta más rápidos que los de las pantallas TN e IPS. El principal inconveniente es la reducción del brillo.
Alineación vertical con patrón (PVA): este tipo de pantalla es una variación de MVA y funciona de manera muy similar, pero con relaciones de contraste mucho más altas.
pantalla de plasma
Composición del panel de visualización de plasma.
Una pantalla de plasma se compone de miles de celdas llenas de gas que están intercaladas entre dos placas de vidrio, dos juegos de electrodos, material dieléctrico y capas protectoras. Los electrodos de dirección están dispuestos verticalmente entre la placa de vidrio trasera y una capa protectora. Esta estructura se encuentra detrás de las celdas en la parte posterior de la pantalla, con la capa protectora en contacto directo con las celdas. En la parte frontal de la pantalla hay electrodos de pantalla horizontales que se encuentran entre una capa protectora de óxido de magnesio (MgO) y una capa dieléctrica aislante. La capa de MgO está en contacto directo con las celdas y la capa dieléctrica está en contacto directo con la placa de vidrio frontal. Los electrodos horizontales y verticales forman una rejilla desde la que se puede acceder a cada celda individual. Cada célula individual está aislada de las células circundantes para que la actividad en una célula no afecte a otra. La estructura de las celdas es similar a una estructura de panal, excepto que las celdas son rectangulares. [6] [7] [8] [9]
Para iluminar una celda en particular, los electrodos que se cruzan en la celda se cargan mediante un circuito de control y la corriente eléctrica fluye a través de la celda, estimulando los átomos de gas (generalmente xenón y neón ) dentro de la celda. Estos átomos de gas ionizados, o plasmas, liberan fotones ultravioleta que interactúan con un material de fósforo en la pared interior de la célula. Los átomos de fósforo se estimulan y los electrones saltan a niveles de energía más altos. Cuando estos electrones vuelven a su estado natural, se libera energía en forma de luz visible. Cada píxel de la pantalla se compone de tres celdas de subpíxeles. Una celda de subpíxel está recubierta con fósforo rojo, otra está recubierta con fósforo verde y la tercera celda está recubierta con fósforo azul. La luz emitida por las celdas de los subpíxeles se combina para crear un color general para el píxel. El circuito de control puede manipular la intensidad de la luz emitida por cada celda y, por lo tanto, puede producir una gran gama de colores. La luz de cada celda se puede controlar y cambiar rápidamente para producir una imagen en movimiento de alta calidad. [10] [11] [12] [13]
Televisión de proyección
Un televisor de proyección utiliza un proyector para crear una pequeña imagen a partir de una señal de vídeo y ampliarla en una pantalla visible. El proyector utiliza un haz de luz brillante y un sistema de lentes para proyectar la imagen a un tamaño mucho mayor. Un televisor de proyección frontal utiliza un proyector separado de la pantalla, que podría ser una pared adecuadamente preparada, y el proyector se coloca frente a la pantalla. La configuración de un televisor de retroproyección es similar a la de un televisor tradicional en el sentido de que el proyector está contenido dentro de la caja del televisor y proyecta la imagen desde detrás de la pantalla.
Televisión de retroproyección
Los siguientes son diferentes tipos de televisores de retroproyección, que se diferencian según el tipo de proyector y cómo se crea la imagen (antes de la proyección):
Televisión de retroproyección CRT : pequeños tubos de rayos catódicos crean la imagen de la misma manera que lo hace un televisor CRT tradicional, que consiste en disparar un haz de electrones sobre una pantalla recubierta de fósforo; la imagen se proyecta en una pantalla grande. Esto se hace para superar el límite de tamaño del tubo de rayos catódicos, que es de aproximadamente 100 cm (40 pulgadas), el tamaño máximo para un televisor CRT de visión directa normal (ver imagen). Los tubos de proyección de rayos catódicos se pueden disponer de diversas maneras. Una solución consiste en utilizar un tubo y tres revestimientos de fósforo (rojo, verde y azul). Alternativamente, se puede utilizar un tubo blanco y negro con una rueda de color giratoria. Una tercera opción es utilizar tres CRT, uno para rojo, uno para verde y otro para azul.
Televisor LCD de retroproyección : una lámpara transmite luz a través de un pequeño chip LCD formado por píxeles individuales para crear una imagen. El proyector LCD utiliza espejos dicroicos para tomar la luz y crear tres haces rojos, verdes y azules separados, que luego pasan a través de tres paneles LCD separados. Los cristales líquidos se manipulan mediante corriente eléctrica para controlar la cantidad de luz que los atraviesa. El sistema de lentes combina las tres imágenes en color y las proyecta.
Televisión de retroproyección DLP : un proyector DLP crea una imagen utilizando un dispositivo de microespejos digitales (chip DMD), que en su superficie contiene una gran matriz de espejos microscópicos, cada uno de los cuales corresponde a un píxel (o subpíxel) de una imagen. Cada espejo se puede inclinar para reflejar la luz de modo que el píxel parezca brillante, o el espejo se puede inclinar para dirigir la luz a otra parte (donde se absorbe) para que el píxel parezca oscuro. Los espejos cambian entre posiciones claras y oscuras, por lo que el brillo de los subpíxeles se controla variando proporcionalmente la cantidad de tiempo que un espejo está en la posición brillante; su modulación por ancho de pulso. El espejo es de aluminio y está montado sobre un yugo con soporte giratorio. Hay electrodos a ambos lados del yugo que controlan la inclinación del espejo mediante atracción electrostática. Los electrodos están conectados a una celda SRAM ubicada debajo de cada píxel y las cargas de la celda SRAM mueven los espejos. El color se crea mediante una rueda de color giratoria (utilizada con un proyector de un solo chip) o un proyector de tres chips (rojo, verde, azul). La rueda de colores se coloca entre la fuente de luz de la lámpara y el chip DMD de manera que la luz que pasa se colorea y luego se refleja en el conjunto de espejos para determinar el brillo. Una rueda de colores consta de un sector rojo, verde y azul, así como un cuarto sector para controlar el brillo o incluir un cuarto color. Esta rueda de color giratoria en la disposición de un solo chip se puede reemplazar por diodos emisores de luz (LED) rojos, verdes y azules. El proyector de tres chips utiliza un prisma para dividir la luz en tres haces (rojo, verde, azul), cada uno dirigido hacia su propio chip DMD. Las salidas de los tres chips DMD se recombinan y luego se proyectan.
Pantalla láser de fósforo
En la tecnología Laser Phosphor Display, demostrada por primera vez en junio de 2010 en InfoComm, la imagen se obtiene mediante el uso de láseres, ubicados en la parte posterior del televisor, que se reflejan en una serie de espejos que se mueven rápidamente para excitar los píxeles de la pantalla del televisor. de forma similar a los tubos de rayos catódicos . Los espejos reflejan los rayos láser a través de la pantalla y producen así el número necesario de líneas de imagen. Las pequeñas capas de fósforo dentro del vidrio emiten luz roja, verde o azul cuando se excitan con un suave láser UV. El láser se puede variar en intensidad o encender o apagar completamente sin problema, lo que significa que una pantalla oscura necesitaría menos energía para proyectar sus imágenes.
Comparación de tecnologías de visualización de televisión.
CRT
Aunque existen televisores/monitores CRT de pantalla grande, el tamaño de la pantalla está limitado por su impracticabilidad. Cuanto más grande es la pantalla, mayor es el peso y más profundo es el CRT. Un televisor típico de 80 cm (32 pulgadas) puede pesar unos 70 kg (150 lb) o más. El monitor Sony PVM-4300 pesaba 200 kg (440 lb) y tenía el CRT más grande jamás creado con una pantalla de 110 cm (43 pulgadas) en diagonal. [14] Los televisores SlimFit existen, pero no son comunes.
LCD
Ventajas
Perfil delgado
Más ligeros y menos voluminosos que los televisores de retroproyección
Es menos susceptible al quemado: El quemado se refiere a que el televisor muestra una imagen fantasma permanente debido a la visualización constante y prolongada de la imagen. Los fósforos emisores de luz pierden su luminosidad con el tiempo y, cuando se utilizan con frecuencia, las zonas de baja luminosidad se vuelven permanentemente visibles.
Las pantallas LCD reflejan muy poca luz, lo que les permite mantener niveles de contraste en habitaciones bien iluminadas y no verse afectadas por el deslumbramiento.
Consumo de energía ligeramente menor que las pantallas de plasma de tamaño equivalente.
Se puede montar en la pared.
Desventajas
Nivel de negro deficiente : parte de la luz pasa incluso cuando los cristales líquidos se desenroscan por completo, por lo que el mejor color negro que se puede lograr es variar los tonos de gris oscuro, lo que da como resultado peores relaciones de contraste y detalles en la imagen. Esto se puede mitigar mediante el uso de una matriz de LED como iluminador para proporcionar un rendimiento de negro casi real.
Ángulos de visión más estrechos que las tecnologías de la competencia. Es casi imposible utilizar una pantalla LCD sin que se produzca alguna deformación en la imagen.
Las pantallas LCD dependen en gran medida de transistores de película delgada, que pueden dañarse y provocar un píxel defectuoso .
Normalmente tienen tiempos de respuesta más lentos que los plasmas, lo que puede provocar imágenes fantasma y borrosidades durante la visualización de imágenes en rápido movimiento. Esto también está mejorando al aumentar la frecuencia de actualización de las pantallas LCD. [15]
pantalla de plasma
Ventajas
Perfil de gabinete delgado
Se puede montar en la pared
Más ligeros y menos voluminosos que los televisores de retroproyección.
Reproducción de color más precisa que la de una pantalla LCD; 68 mil millones (2 36 ) colores frente a 16,7 millones (2 24 ) colores [16]
Produce negros profundos y auténticos, lo que permite relaciones de contraste superiores (+ 1:1.000.000) [16] [17] [18]
Ángulos de visión más amplios (+178°) que los de una pantalla LCD; la imagen no se degrada (se atenúa y distorsiona) cuando se ve desde un ángulo alto, como ocurre con una pantalla LCD [16] [17]
La luminosidad del fósforo disminuye con el tiempo, lo que resulta en una disminución gradual del brillo absoluto de la imagen; corregido con la vida útil de 60.000 horas de la tecnología de televisión de plasma contemporánea (más larga que la de la tecnología CRT ) [13]
No se fabrica en tamaños inferiores a 94 cm (37 pulgadas) de diagonal
Susceptible al resplandor reflectante en una habitación muy iluminada, lo que atenúa la imagen
Alto índice de consumo de energía eléctrica.
Más pesado que un televisor LCD comparable debido a la pantalla de cristal que contiene los gases.
Reparación de pantallas más costosa; La pantalla de cristal de un televisor de plasma puede dañarse permanentemente y es más difícil de reparar que la pantalla de plástico de un televisor LCD [16] [17]
La calidad de imagen de la proyección frontal se acerca a la del cine
Los televisores de proyección frontal ocupan muy poco espacio porque la pantalla de un proyector es extremadamente delgada e incluso se puede utilizar una pared adecuadamente preparada.
El tamaño de la pantalla puede ser extremadamente grande y normalmente está limitado por la altura de la habitación.
Desventajas
La proyección frontal es más difícil de configurar porque el proyector está separado y debe colocarse frente a la pantalla, generalmente en el techo.
Es posible que sea necesario reemplazar la lámpara después de un uso intensivo
El brillo de la imagen es un problema y puede requerir una habitación oscura.
Los proyectores que no están basados en fósforo (LCD/DLP) no son susceptibles a quemarse
La retroproyección no está sujeta a deslumbramiento
Desventajas
Los televisores de retroproyección son mucho más voluminosos que los televisores de pantalla plana.
Es posible que sea necesario reemplazar la lámpara después de un uso intensivo
La retroproyección tiene ángulos de visión más pequeños que los de las pantallas planas.
Comparación de diferentes tipos de televisores de retroproyección
proyector CRT
Ventajas:
Consigue un nivel de negro y una relación de contraste excelentes
Logra una excelente reproducción del color.
Los CRT tienen generalmente una vida útil muy larga
Mayores ángulos de visión que los de las pantallas LCD
Desventajas:
Pesado y grande, especialmente en profundidad.
Si un CRT falla, los otros dos deben reemplazarse para lograr un equilibrio óptimo de color y brillo.
Susceptible a quemarse porque el CRT está basado en fósforo
Debe "convergir" (los colores primarios se colocan de modo que se superpongan sin franjas de color) anualmente (o después de la reubicación establecida)
Puede mostrar halos de color o perder el enfoque.
Proyector lcd
Ventajas:
Más pequeño que los proyectores CRT
El chip LCD se puede reparar o reemplazar fácilmente
No es susceptible a quemarse
Desventajas:
El efecto de puerta mosquitera : los píxeles individuales pueden ser visibles en la pantalla grande, dando la apariencia de que el espectador está mirando a través de una puerta mosquitera.
Nivel de negro deficiente : parte de la luz pasa incluso cuando los cristales líquidos se desenroscan por completo, por lo que el mejor color negro que se puede lograr es un gris muy oscuro, lo que resulta en peores relaciones de contraste y detalles en la imagen. Algunos modelos más nuevos utilizan un iris ajustable para ayudar a compensar esto.
No tan delgado como el televisor de proyección DLP
Utiliza lámparas para la iluminación, es posible que sea necesario reemplazar las lámparas.
Número fijo de píxeles; es necesario escalar otras resoluciones para que se ajusten a esto
Ángulos de visión limitados
Proyector DLP
Ventajas:
El más delgado de todos los tipos de televisores de proyección.
Consigue un nivel de negro y una relación de contraste excelentes
El chip DMD se puede reparar o reemplazar fácilmente
No es susceptible a quemarse
Mejores ángulos de visión que los de los proyectores CRT
El brillo de la imagen solo disminuye debido a la edad de la lámpara.
Utiliza lámparas para iluminar, las lámparas deben reemplazarse en promedio una vez cada año y medio a dos años. [ cita necesaria ] Los modelos actuales con lámparas LED reducen o eliminan esto. La vida útil estimada de las lámparas LED es de más de 100.000 horas.
Número fijo de píxeles; es necesario escalar otras resoluciones para que se ajusten a esto. Esta es una limitación sólo en comparación con las pantallas CRT.
El efecto arcoíris: se trata de un artefacto visual no deseado que se describe como destellos de luz de colores que se ven cuando el espectador mira a través de la pantalla de un lado a otro. Este artefacto es exclusivo de los proyectores DLP de un solo chip. El efecto arcoíris es significativo sólo en pantallas DLP que utilizan una única lámpara blanca con una "rueda de color" que está sincronizada con la visualización de los componentes rojo, verde y azul. Los sistemas de iluminación LED que utilizan LED rojos, verdes y azules discretos junto con la visualización de componentes rojos, verdes y azules en alta frecuencia reducen, o eliminan por completo, el efecto arcoíris.
