Las tecnologías de pantalla grande han desplazado casi por completo a los tubos de rayos catódicos (CRT) en las ventas de televisores debido al volumen necesario de los tubos de rayos catódicos. El tamaño de la pantalla diagonal 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 sobre 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 unos 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 un tamaño de pantalla en particular, es muy importante determinar desde qué distancias se va a ver. A medida que aumenta el tamaño de la pantalla, también lo hace 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 la pantalla: la longitud diagonal de la pantalla.
Resolución de pantalla : cantidad de píxeles en cada dimensión de una pantalla. En general, una resolución más alta dará como resultado una imagen más clara y nítida.
Paso de punto : es el tamaño de un píxel individual, que incluye la longitud de los subpíxeles y las distancias entre ellos. Puede medirse como la longitud horizontal o diagonal de un píxel. Un paso de punto más pequeño generalmente da como resultado imágenes más nítidas porque hay más píxeles en un área determinada. En el caso de las pantallas basadas en 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 monocromos no tienen una 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. En el caso de 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 muestre imágenes en movimiento puede generar 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 : cantidad de luz que emite la pantalla. A veces se lo denomina 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. Es deseable que la relación de contraste sea alta, 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 un instante determinado. 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, según cuál sea la más alta.
Relación de aspecto : relación entre el ancho y la altura de la pantalla. La relación de aspecto de un televisor tradicional es 4:3, que se está descontinuando; la industria de la televisión está cambiando actualmente a la relación 16:9 que se usa típicamente en televisores de alta definición de pantalla grande.
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 lo que es una calidad aceptable para la imagen puede ser diferente entre los fabricantes y los tipos de pantalla. Muchos fabricantes la definen como el punto en el que la luminancia es la mitad de la luminancia máxima. Algunos fabricantes la definen en función de la relación de contraste y analizan el ángulo en el que se logra una determinada relación de contraste.
Reproducción de color/ gama : La gama de colores que la pantalla puede representar con precisión.
Tecnologías de visualización
Televisor LCD
Un píxel de una pantalla LCD consta de varias 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 externas 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 están tratados con una capa de polímero para controlar la alineación de las moléculas de cristal líquido en una dirección particular. Estas moléculas con forma de varilla están dispuestas para coincidir con la orientación horizontal de un lado y la orientación vertical del otro, lo que les da una estructura helicoidal retorcida. Los cristales líquidos nemáticos retorcidos están retorcidos de forma natural y se utilizan comúnmente para las pantallas LCD porque reaccionan de manera predecible a la variación de temperatura y la corriente eléctrica.
Cuando el material de cristal líquido está en su estado natural, la luz que pasa a través del primer filtro se 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 de cristal líquido se desenrolla en una medida determinada por la cantidad de voltaje. Un voltaje suficientemente grande hará que las moléculas se desenrollen por completo, de modo que la polaridad de cualquier luz que pase a través de él no se rotará y, en cambio, será perpendicular a la polaridad del filtro. Este filtro bloqueará el paso de la luz debido a la diferencia en la orientación de la polaridad, y el píxel resultante será negro. La cantidad de luz que se permite pasar a través de cada píxel se puede controlar variando el voltaje correspondiente en consecuencia. En una pantalla LCD a color, cada píxel consta de subpíxeles rojo, verde y azul, 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 tiene asignada una combinación única de fila-columna, y los circuitos de control pueden acceder al píxel utilizando esta combinación. Estos circuitos envían carga por la fila y columna adecuadas, 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 en lo que se denomina una estructura de matriz pasiva, en la que se direcciona cada píxel 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 desenrollen de manera indeseable, lo que da como resultado borrosidad y poco contraste 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 correspondiente a un píxel en 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 la carga de forma eficaz mientras se actualiza la pantalla.
Los siguientes son tipos de tecnologías de pantalla LC:
Nemático trenzado (TN): este tipo de pantalla es la más común y utiliza cristales de fase nemática trenzada, que tienen una estructura helicoidal natural y se pueden desenrollar mediante un voltaje aplicado para permitir el paso de la luz. Estas pantallas tienen bajos costos de producción 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 el plano (IPS): a diferencia de la disposición de los electrodos en las pantallas TN tradicionales, los dos electrodos correspondientes a un píxel se encuentran 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 en paralelo a las placas de vidrio y 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 está tan restringido y, por lo tanto, los ángulos de visión y la reproducción del color mejoran mucho en comparación con los de las pantallas TN. Sin embargo, las pantallas IPS tienen tiempos de respuesta más lentos. Las pantallas IPS también sufrieron inicialmente de malas relaciones de contraste, pero se han mejorado significativamente con el desarrollo de Advanced Super IPS (AS – IPS).
Alineación vertical multidominio (MVA): en este tipo de pantalla, los cristales líquidos están dispuestos de forma natural en forma perpendicular a las placas de vidrio, pero se pueden rotar 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 un ángulo con respecto a la placa de vidrio. Esta tecnología da como resultado ángulos de visión amplios, al tiempo que ofrece buenas relaciones de contraste y tiempos de respuesta más rápidos que los de las pantallas TN e IPS. La principal desventaja es la reducción del brillo.
Alineación vertical estampada (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 está formada por miles de celdas llenas de gas que se encuentran intercaladas entre dos placas de vidrio, dos conjuntos 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 trasera de la pantalla, con la capa protectora en contacto directo con las celdas. En el lado 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 delantera. Los electrodos horizontales y verticales forman una rejilla desde la que se puede acceder a cada celda individual. Cada celda individual está aislada de las celdas circundantes para que la actividad en una celda no afecte a otra. La estructura de la celda es similar a una estructura de panal, excepto que tiene celdas 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 (normalmente xenón y neón ) dentro de la celda. Estos átomos de gas ionizado, o plasmas, liberan fotones ultravioleta que interactúan con un material de fósforo en la pared interior de la celda. 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 está formado por tres celdas de subpíxeles. Una celda de subpíxeles está recubierta de fósforo rojo, otra está recubierta de fósforo verde y la tercera celda está recubierta de fósforo azul. La luz emitida por las celdas de subpíxeles se mezcla 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 amplia 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 imagen pequeña 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 que está separado de la pantalla, que puede ser una pared preparada adecuadamente, y el proyector se coloca delante de 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 dentro de la caja del televisor y proyecta la imagen desde detrás de la pantalla.
Televisión de retroproyección
A continuación se presentan diferentes tipos de televisores de retroproyección, que difieren según el tipo de proyector y cómo se crea la imagen (antes de la proyección):
Televisor de retroproyección CRT : Los tubos de rayos catódicos pequeños crean la imagen de la misma manera que lo hace un televisor CRT tradicional, es decir, disparando 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 rayos catódicos de proyección se pueden organizar de varias maneras. Una disposición es utilizar un tubo y tres revestimientos de fósforo (rojo, verde, 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 cada uno de los colores: rojo, verde y azul.
Televisor de retroproyección LCD : una lámpara transmite luz a través de un pequeño chip LCD compuesto de píxeles individuales para crear una imagen. El proyector LCD utiliza espejos dicroicos para captar la luz y crear tres haces separados, rojo, verde y azul, que luego pasan a través de tres paneles LCD separados. Los cristales líquidos se manipulan utilizando corriente eléctrica para controlar la cantidad de luz que pasa a través de ellos. El sistema de lentes combina las tres imágenes en color y las proyecta.
Televisor 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 correspondiente a un píxel (o subpíxel) en una imagen. Cada espejo se puede inclinar para reflejar la luz de modo que el píxel parezca brillante, o se puede inclinar el espejo para dirigir la luz a otro lugar (donde se absorbe) para que el píxel parezca oscuro. Los espejos cambian entre las posiciones clara y oscura, por lo que el brillo del subpíxel se controla variando proporcionalmente la cantidad de tiempo que un espejo está en la posición brillante; su modulación por ancho de pulso. El espejo está hecho de aluminio y está montado en un yugo soportado por torsión. Hay electrodos en 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 (usada con un proyector de un solo chip) o un proyector de tres chips (rojo, verde, azul). La rueda de color se coloca entre la fuente de luz de la lámpara y el chip DMD de modo que la luz que pasa a través de ella se coloree y luego se refleje en el conjunto de espejos para determinar el brillo. Una rueda de color 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) rojo, verde y azul. 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 de fósforo láser
En la tecnología Laser Phosphor Display, que se mostró por primera vez en junio de 2010 en InfoComm, la imagen se obtiene mediante el uso de láseres, que se encuentran en la parte posterior del televisor y se reflejan en un banco de espejos que se mueven rápidamente para excitar los píxeles en la pantalla del televisor de manera similar a los tubos de rayos catódicos . Los espejos reflejan los rayos láser a través de la pantalla y así producen la cantidad necesaria de líneas de imagen. Las pequeñas capas de fósforo dentro del vidrio emiten luz roja, verde o azul cuando se excitan con un láser UV suave. El láser puede variar en intensidad o encenderse o apagarse por completo sin problema, lo que significa que una pantalla oscura necesitaría menos energía para proyectar sus imágenes.
Comparación de tecnologías de visualización de televisión
TRC
Aunque existen televisores y monitores CRT de pantalla grande, el tamaño de la pantalla está limitado por su impracticabilidad. Cuanto más grande sea la pantalla, mayor será el peso y más profundo será el CRT. Un televisor típico de 80 cm (32 pulgadas) puede pesar alrededor de 70 kg (150 libras) o más. El monitor Sony PVM-4300 pesaba 200 kg (440 libras) y tenía el CRT más grande de la historia con una pantalla diagonal de 110 cm (43 pulgadas). [14] Existen televisores SlimFit, pero no son comunes.
Pantalla LCD
Ventajas
Perfil delgado
Más ligeros y menos voluminosos que los televisores de retroproyección.
Es menos susceptible al efecto burn-in: el efecto burn-in se refiere a la imagen fantasma que se muestra en el televisor de forma permanente debido a la visualización constante y prolongada de la imagen. Los fósforos que emiten luz pierden su luminosidad con el tiempo y, cuando se usan con frecuencia, las áreas de baja luminosidad se vuelven visibles de forma permanente.
Las pantallas LCD reflejan muy poca luz, lo que les permite mantener los niveles de contraste en habitaciones bien iluminadas y no verse afectadas por el resplandor.
Consumo de energía ligeramente menor que el de las pantallas de plasma de tamaño equivalente.
Se puede montar en la pared.
Desventajas
Nivel de negro deficiente : pasa algo de luz incluso cuando los cristales líquidos se desenrollan por completo, por lo que el mejor color negro que se puede lograr es el de diferentes tonos de gris oscuro, lo que da como resultado relaciones de contraste y detalles peores 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 produzcan deformaciones en la imagen.
Las pantallas LCD dependen en gran medida de transistores de película delgada, que pueden dañarse y generar un píxel defectuoso .
Por lo general, tienen tiempos de respuesta más lentos que los plasmas, lo que puede provocar imágenes borrosas y superpuestas 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 ) de colores frente a 16,7 millones (2 24 ) de colores [16]
Produce negros profundos y verdaderos, lo que permite relaciones de contraste superiores (+ 1:1 000 000) [16] [17] [18]
Ángulos de visión más amplios (+178°) que los de un LCD; la imagen no se degrada (se oscurece y se distorsiona) cuando se ve desde un ángulo alto, como ocurre con un LCD [16] [17]
La luminosidad del fósforo disminuye con el tiempo, lo que da como resultado una disminución gradual del brillo absoluto de la imagen; corregido con la vida útil de 60.000 horas de la tecnología de TV de plasma contemporánea (más larga que la de la tecnología CRT ) [13]
No se fabrica en tamaños inferiores a 94 cm (37 pulgadas) en diagonal.
Susceptible al reflejo del deslumbramiento 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 vidrio que contiene los gases.
Reparación de pantalla más costosa; la pantalla de vidrio 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 proyección frontal se acerca a la del cine.
Los televisores de proyección frontal ocupan muy poco espacio porque la pantalla del proyector es extremadamente delgada, e incluso se puede utilizar una pared adecuadamente preparada.
El tamaño de la pantalla puede ser extremadamente grande, generalmente limitado por la altura de la sala.
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, es posible que se requiera una habitación oscura.
Los proyectores que no están basados en fósforo (LCD/DLP) no son susceptibles al efecto burn-in.
La retroproyección no está sujeta al 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:
Logra un excelente nivel de negro y relación de contraste.
Logra una excelente reproducción del color.
Los CRT generalmente tienen una vida útil muy larga
Ángulos de visión mayores que los de las pantallas LCD
Desventajas:
Pesado y grande, especialmente en profundidad.
Si un CRT falla, se deben reemplazar los otros dos para lograr un equilibrio óptimo de color y brillo.
Susceptible de quemarse porque el CRT está basado en fósforo
Es necesario "converger" (los colores primarios se colocan de manera que se superpongan sin franjas de color) anualmente (o después de la reubicación del conjunto)
Puede mostrar halos de color o perder el foco.
Proyector LCD
Ventajas:
Más pequeños que los proyectores CRT
El chip LCD se puede reparar o reemplazar fácilmente
No es susceptible al quemado
Desventajas:
El efecto puerta mosquitera : es posible que se vean píxeles individuales en la pantalla grande, dando la apariencia de que el espectador está mirando a través de una puerta mosquitera.
Nivel de negro deficiente : algo de luz pasa a través de los cristales líquidos incluso cuando se desenrollan por completo, por lo que el mejor color negro que se puede lograr es un gris muy oscuro, lo que da como resultado relaciones de contraste y detalles peores en la imagen. Algunos modelos más nuevos utilizan un iris ajustable para ayudar a compensar esto.
No es tan delgado como el televisor de proyección DLP
Utiliza lámparas para iluminar, es posible que sea necesario reemplazarlas.
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.
Logra un excelente nivel de negro y relación de contraste.
El chip DMD se puede reparar o reemplazar fácilmente
No es susceptible al quemado
Mejores ángulos de visión que los de los proyectores CRT
El brillo de la imagen solo disminuye debido a la antigüedad de la lámpara.
Utiliza lámparas para iluminar, las lámparas necesitan ser reemplazadas en promedio una vez cada año y medio a dos años. [ cita requerida ] Los modelos actuales con lámparas LED reducen o eliminan este problema. La vida útil estimada de las lámparas LED es de más de 100.000 horas.
Número fijo de píxeles; es necesario ajustar otras resoluciones para que se ajusten a este parámetro. Esta es una limitación solo en comparación con las pantallas CRT.
El efecto arco iris: se trata de un artefacto visual no deseado que se describe como destellos de luz de color que se ven cuando el espectador mira la pantalla de un lado a otro. Este artefacto es exclusivo de los proyectores DLP de un solo chip. El efecto arco iris es significativo solo en las pantallas DLP que utilizan una sola lámpara blanca con una "rueda de color" que está sincronizada con la visualización de componentes rojo, verde y azul. Los sistemas de iluminación LED que utilizan LED discretos rojos, verdes y azules en conjunto con la visualización de componentes rojos, verdes y azules a alta frecuencia reducen o eliminan por completo el efecto arco iris.
