El auge que ha experimentado la tecnología de los dispositivos móviles ha determinado la investigación de fórmulas para la fabricación de pantallas cada vez más avanzadas. Con unos nuevos parámetros de referencia como son la reducción del consumo y la disminución de las dimensiones, los viejos monitores de tubo de rayos catódicos ceden terreno ante una industria donde predominan, claramente, los cristales líquidos. Veamos cuales son los principales parámetros que determinan las pantallas:
* Resolución. Entre los distintos factores que afectan a la calidad de las pantallas (también llamadas display) y que vemos día a día en las pruebas que realizamos a los terminales, tal vez al que más atención se le preste sea a la resolución; aunque, no por ello es el más determinante. Entendemos por resolución el número de puntos que puede representar la pantalla. Por supuesto cuanto más sean estos, mejor será la imagen y, por lo tanto, mejor el monitor. Sin embargo, para los más avezados en la materia también es evidente que el tamaño de píxel (picture elemental) tendrá mucho que ver en el resultado final. Así, el tamaño del píxel en cristales líquidos se indica mediante el ancho y el alto de este, aunque rara vez el fabricante nos da este dato, pues lo normal es indicar el tamaño de la pantalla y su resolución, con lo cual podremos hallar fácilmente, con una simple operación matemática el tamaño del píxel, ya que es el resultado de dividir la superficie de la pantalla entre el número de píxeles de la misma.
* Brillo. Otro parámetro determinante es el brillo. Entendemos por brillo la luminosidad que es capaz de desarrollar el monitor y se mide en unidades de intensidad lumínica por unidad de superficie. El brillo es importante, especialmente, en ambientes exteriores o muy luminosos, pues nuestra vista apreciará mejor la luz de la pantalla que la luz reflejada sobre la superficie de esta. Por otro lado, tendremos que tener en cuenta el contraste, esto es, la diferencia entre la intensidad de luz de un píxel en su estado más luminoso y su estado más oscuro. Normalmente no se expresa en forma de diferencia sino de cociente. Por ejemplo un contraste de 300:1 resulta bastante aceptable.
* El color. Un tercer pilar indiscutible es el color; especialmente el número de colores que puede representar el display, lo cual viene determinado por la profundidad de bits. Esto es, por la cantidad de colores que puede representar la unidad de información que controla cada píxel. A mayor profundidad de bits, mayor cantidad de colores. Así, barajando las cifras habituales, para un tamaño de 16 bits, podríamos manejar aproximadamente 65.000 colores mientras que para una profundidad de 24 bits llegaremos a manejar 16 millones de colores. Precisamente este el límite a partir del cual el ojo humano no distingue más colores, por lo tanto podríamos fijarlo como límite en la cantidad de colores a manejar.
* Respuesta. Un factor también corriente aunque mucho más técnico y difícil de comprender para los no especialistas es el llamado tiempo de respuesta. Como su nombre indica, se trata del tiempo que tarda en adaptarse un píxel de una posición determinada a otra en el momento de los cambios. Un término asociado a este es la frecuencia de refresco, tan importante en nuestras viejas televisiones CRT (Cathode Ray Tube), las cuales barren la pantalla línea a línea haciendo coincidir el desvanecimiento de la luminosidad del píxel con la nueva señal para mantener una correlación entre las imágenes mostradas. El problema de la respuesta del píxel no es tan importante al encenderse como al apagarse, ya que, normalmente, emplea más tiempo y si el tiempo de respuesta no es corto da lugar al efecto denominado ‘ghosting’ -en analogía al halo semitransparente al que asociamos los fantasmas-. El tiempo de respuesta se mide en milisegundo (ms).
* Ángulo de visión. En una pantalla CRT, el cátodo emite electrones que al impactar contra la superficie fosfórica de la pantalla emiten luz producida como resultado de la excitación y desexcitación de los átomos que la forman. Este dispositivo actúa como fuente de luz, y por lo tanto un píxel puede verse sin alteraciones de brillo ni de color desde un ángulo bastante amplio. En el caso de sistemas ópticos como los cristales líquidos u otros, que no actúan como fuente de luz sino que necesitan una iluminación externa, aparece el parámetro del ángulo de visión. Un efecto que se puede apreciar a simple vista en la pantalla de casi cualquier teléfono móvil, ya sea oscureciendo o clareando la imagen o bien variando el contraste. Este parámetro se indica mediante dos ángulos, uno correspondiente a la visión límite de los extremos verticales (arriba y abajo) y otro para los límites horizontales (derecha e izquierda).
* Direccionamiento. El último factor es posiblemente el más desconocido. El direccionamiento o ‘addressing’ corresponde al proceso por el cual un píxel se enciende o se apaga. Éste puede ser directo o multiplexado. Directo corresponde a la disposición electrónica por la cual cada píxel es controlado por un circuito individual y es muy útil cuando el número de elementos a controlar es relativamente bajo. Si los píxeles están dispuestos de forma ordenada, normalmente en filas y columnas, se puede realizar un control mediante multiplexado de manera que controlemos individualmente cada uno de ellos. La principal ventaja de este sistema, también llamado matriz pasiva en contraposición al direccionamiento directo que se denomina normalmente matriz activa, es la reducción de costes, ya que si tenemos en cuenta un visor con cien píxeles, de forma directa se necesitarían cien circuitos mientras que mediante matriz pasiva sólo serían necesarios veinte.
Pantallas LCD (liquid cristal display) Como su nombre indica el constituyente fundamental de este tipo de pantallas es el cristal líquido (LC). Este término pretende hacer referencia a la cualidad de que las moléculas que lo forman están ordenadas. En efecto el término cristal conlleva un significado de orden o cuerpo ordenado y es precisamente este orden el que confiere las propiedades ópticas de estos dispositivos. Así, en ausencia de campo eléctrico, las moléculas filiformes que la forman adoptan una estructura en forma de hélices apiladas según su dimensión de mayor a menor, a modo de escalera de caracol y en esta fase hay que señalar que el LC tiene la propiedad de poder rotar el ángulo de polarización de la luz. Por contra, cuando el medio se somete a un campo eléctrico, las moléculas se alinean en la dirección del campo y resultan incapaces, no pueden alterar el ángulo de polarización.
LCD-TN (Twisted Nematic) Teniendo en cuenta el comportamiento de ambas fases estamos en disposición de describir el funcionamiento de un dispositivo de cristal líquido, ya que si situamos el LC entre dos polarizadores con sus ejes perpendiculares y ajustamos el sistema de modo que la rotación de la polarización sea 90º, podemos construir un dispositivo que permita pasar luz en ausencia de campo y que se comporte como opaco al aplicar una tensión eléctrica. De esta manera surge lo que conocemos como TN. Más lejos aún, el cambio de transparente a opaco se realiza de forma progresiva, por lo tanto podemos ajustar una escala de grises en función de la tensión aplicada entre los electrodos responsables del campo eléctrico. Precisamente ese paso progresivo del estado ON (opaco) al OFF (transparente) presentaba un problema de contraste al construir matrices con muchos píxeles, ya que los valores de voltaje efectivos de cada uno de los estados eran muy próximos.
LCD-STN (Super Twisted Nematic) Surge como solución a los problemas de contraste que presentan los dispositivos TN el STN. La idea es sencilla, ya que elevando el ángulo de giro de polarización del sistema, normalmente entre valores comprendidos entre los 180º y los 270º se consiguen diferencias de voltajes lo suficientemente cercanas para permitir grandes matrices y a su vez un cierto margen entre estados ON y OFF para lograr una escala de grises apropiada. Estos dispositivos si bien mejoran a los anteriores en contraste, presentan un efecto de coloración no deseado, que lo descarta en el uso de pantallas en color.
LCD-DSTN (Dual Super Twisted Nematic) Los problemas de coloración del dispositivo anterior corresponden a un exceso de giro en la polarización de la luz, que como resultado da una tonalidad azulada y amarillenta para cada una de las posiciones ON y OFF. Este problema se solventó añadiendo una segunda capa de STN con el giro en el sentido contrario. De esta manera, el cambio de la primera fase se compensa con el cambio de la segunda, consiguiendo píxeles blancos y negros. Con estos dispositivos se consiguen valores de contraste mucho mejores.
LCD-CSTN (Color Super Twisted Nematic) Para que el color entrase en escena, resultaban necesarios colores puros, es decir blancos y negros, lo más exactos posible. Los dispositivos anteriores que ya cubrían esa necesidad abrieron las puertas al color. Ahora, mientras dispongamos de luz blanca podremos conseguir colores puros con el uso de filtros apropiados controlados por ensamblajes electrónicos, al igual que controlamos el paso o no de luz. Así pues, podremos reproducir en las pantallas de los móviles el modo RGB (Red-Green-Blue) cotidiano.
LCD-TFT (Thin Film Transistor) Las pantallas TFT son sin duda las más conocidas dentro de la gama de los cristales líquidos. Su principal diferencia respecto a la anterior es que opera de forma individual con cada píxel, es decir, es de direccionamiento directo o de matriz activa. Esto se consigue mediante una delgada capa de transistores que controlarán de forma individual cada píxel. Con esta implementación conseguimos mejores tiempos de respuesta al no ser necesario el barrido completo de la pantalla, ya que el tiempo de desexcitación de un píxel es menor que el tiempo de barrido de la pantalla, consiguiendo, así, imágenes más nítidas y sin parpadeos. A pesar de su coste mayor, están consiguiendo imponerse en el mercado debido a que su calidad de imagen comienza a ser comparable a la de los tubos catódicos.
ILUMINACIÓN DE LA PANTALLA Como se comentó anteriormente, los LCD’s no actúan como fuentes de luz, por lo tanto tendremos que valernos de algún tipo de iluminación para poder formar imágenes. Los primeros dispositivos ópticos basados en cristal líquido se valían de la luz ambiente o bien de luz generada sobre los bordes de la superficie. Son los llamados dispositivos reflexivos, pues la luz atraviesa el sistema e incide sobre una superficie espejada, la cual la refleja y la luz emerge otra vez. Este tipo de iluminación era el usado en nuestras calculadoras o nuestros viejos relojes digitales. Si entre sus ventajas tenemos que citar el ahorro de energía, entre sus contras debemos mencionar la pérdida de contraste, ya que la luz tiene que atravesar por duplicado nuestra célula LC, con la consiguiente absorción extra de intensidad lumínica. Otra alternativa fueron los visores retroiluminados o transmisivos, que poseen una lámpara detrás del sistema LC consiguiendo así mejores resultados de imagen en ambientes de poca luz y mejor contraste. Por último están las denominadas pantallas transflectivas. Combinación de los dos tipos de iluminación anteriores las cuales mejoran, notablemente, los resultados de contraste, brillo y en general la calidad de la imagen para distintos tipos de iluminación exterior.
Luz linealmente polarizada. La luz es una onda electromagnética donde la vibración del campo eléctrico se produce en dirección perpendicular a la dirección de propagación del rayo de luz. Como se puede ver, hay infinitas direcciones que guardan esta condición de perpendicularidad. Se dice que un haz de luz está linealmente polarizado cuando la variación del campo eléctrico se realiza un mismo plano (este plano queda unívocamente definido por la dirección de propagación y una única dirección de vibración del campo eléctrico). Normalmente la luz natural no tiene una polarización definida sino una superposición de distintos tipos de polarización. Un polarizador lineal es un dispositivo óptico que permite pasar solamente luz polarizada linealmente en una dirección determinada, que coincide con el eje del polarizador. Si disponemos dos polarizadores, uno a continuación del otro, con sus ejes perpendiculares tenemos lo que se llama técnicamente un analizador de luz. Pensemos como funciona este analizador: Un haz de luz natural al pasar por el primer polarizador se convierte en un haz linealmente polarizado según el sentido del eje del polarizador. A continuación se encuentra con el segundo polarizador que anulará toda componente no paralela a su eje. Dado que toda la luz emerge del primer polarizador con su dirección de polarización perpendicular al eje del segundo, este último absorberá toda componente de luz y por lo tanto el rayo no atravesará el sistema.
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