Tecnología de televisores de pantalla grande

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 se encuentran entre las placas de vidrio y están en contacto directo con los electrodos. Los dos filtros polarizadores constituyen las capas exteriores de esta estructura. La polaridad de uno de estos filtros está orientada horizontalmente, mientras que la del otro está orientada verticalmente. Los electrodos están recubiertos con una capa de polímero para controlar la alineación de las moléculas de cristal líquido en una dirección específica. Estas moléculas, con forma de varilla, se disponen de manera que coincidan la orientación horizontal en un lado y la vertical en el otro, lo que les confiere una estructura helicoidal retorcida. Los cristales líquidos nemáticos retorcidos presentan esta forma de manera natural y se utilizan comúnmente en pantallas LCD debido a su previsibilidad ante variaciones de temperatura y corriente eléctrica.

Cuando el material de cristal líquido se encuentra en su estado natural, la luz que atraviesa el primer filtro rota (en términos de polaridad) debido a la estructura molecular retorcida, lo que permite que la luz atraviese el segundo filtro. Al aplicar voltaje a través de los electrodos, la estructura de cristal líquido se desenrosca en una medida determinada por la cantidad de voltaje. Un voltaje suficientemente alto provoca que las moléculas se desenrosquen por completo, de modo que la polaridad de la luz que lo atraviesa no rota, sino que es perpendicular a la polaridad del filtro. Este filtro bloquea el paso de la luz debido a la diferencia en la orientación de la polaridad, y el píxel resultante es negro. La cantidad de luz que pasa por cada píxel se puede controlar variando el voltaje correspondiente. En una pantalla LCD a 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 del otro lado están dispuestos en filas, formando una gran matriz que controla cada píxel. A cada píxel se le asigna una combinación única de fila y columna, y los circuitos de control pueden acceder a él mediante esta combinación. Estos circuitos envían carga a través de la fila y columna correspondientes, aplicando así un voltaje a través de los electrodos de un píxel determinado. Las pantallas LCD sencillas, como las de los relojes digitales, pueden funcionar con una estructura de matriz pasiva, en la que cada píxel se controla individualmente. Esto resulta en tiempos de respuesta extremadamente lentos y un control de voltaje deficiente. Un voltaje aplicado a un píxel puede provocar que los cristales líquidos de los píxeles circundantes se desdoblen de forma indeseada, lo que produce borrosidad y un bajo contraste en esa zona de la imagen. Las pantallas LCD de alta resolución, como las de 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 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 vecinos. Además, cada transistor actúa como un condensador con una fuga de corriente mínima, lo que le permite almacenar la carga de forma eficaz mientras se actualiza la pantalla.

A continuación se describen algunos tipos de tecnologías LCD:

• Nemático retorcido (TN): Este tipo de pantalla es la más común y utiliza cristales de fase nemática retorcida, que tienen una estructura helicoidal natural y pueden desenrollarse mediante la aplicación de un voltaje 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. ^{[ 6 ]} 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 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 molecular se dispone paralela a las placas de vidrio y a los electrodos. Dado que en una pantalla IPS no se utiliza la estructura molecular helicoidal, el ángulo de incidencia de la luz al salir de un píxel no está tan restringido, lo que mejora considerablemente los ángulos de visión y la reproducción del color en comparación con las pantallas TN. Sin embargo, las pantallas IPS tienen tiempos de respuesta más lentos. Inicialmente, las pantallas IPS también presentaban relaciones de contraste deficientes, pero esta mejora fue significativa con el desarrollo de Advanced Super IPS (AS  -IPS).
• Alineación vertical multidominio (MVA): En este tipo de pantalla, los cristales líquidos se disponen de forma perpendicular a las placas de vidrio, pero pueden girarse para controlar el paso de la luz. Además, el sustrato de vidrio incorpora protuberancias piramidales que controlan la rotación de los cristales líquidos, de modo que la luz se canaliza en un ángulo con respecto a la placa de vidrio. Esta tecnología ofrece amplios ángulos de visión, buenas relaciones de contraste y tiempos de respuesta más rápidos que las pantallas TN e IPS. Su 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 índices de contraste mucho más altos.

Una pantalla de plasma se compone de miles de celdas rellenas de gas intercaladas entre dos placas de vidrio, dos conjuntos de electrodos, material dieléctrico y capas protectoras. Los electrodos de dirección se disponen verticalmente entre la placa de vidrio posterior y una capa protectora. Esta estructura se ubica detrás de las celdas en la parte posterior de la pantalla, con la capa protectora en contacto directo con ellas. En la parte frontal de la pantalla, hay electrodos 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 cuadrícula que permite el acceso a cada celda individual. Cada celda está aislada de las celdas circundantes, de modo que la actividad de una celda no afecta a otra. La estructura de las celdas es similar a la de un panal de abejas, pero con celdas rectangulares. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

Para iluminar una celda específica, los electrodos que se cruzan en ella se cargan mediante un circuito de control y la corriente eléctrica fluye a través de la celda, estimulando los átomos de gas (típicamente xenón y neón ) en su interior. Estos átomos de gas ionizados, o plasmas, liberan fotones ultravioleta que interactúan con un material fosforescente en la pared interna de la celda. Los átomos de fósforo se estimulan y los electrones saltan a niveles de energía superiores. Cuando estos electrones regresan a su estado natural, liberan energía en forma de luz visible. Cada píxel de la pantalla está compuesto por tres celdas subpíxel. Una celda subpíxel está recubierta de fósforo rojo, otra de fósforo verde y la tercera de fósforo azul. La luz emitida por las celdas subpíxel se combina para crear el color general del píxel. El circuito de control puede manipular la intensidad de la luz emitida por cada celda y, por lo tanto, producir una amplia gama de colores. La luz de cada celda se puede controlar y modificar rápidamente para producir una imagen en movimiento de alta calidad. ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

Un televisor de proyección utiliza un proyector para crear una imagen pequeña a partir de una señal de vídeo y ampliarla sobre una pantalla. El proyector emplea 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 independiente de la pantalla (que puede ser una pared preparada adecuadamente) y se coloca delante de ella. La configuración de un televisor de retroproyección es similar a la de un televisor tradicional, ya que el proyector está dentro de la carcasa y proyecta la imagen desde detrás de la pantalla.

En la tecnología de pantallas de fósforo láser, presentada por primera vez en junio de 2010 en InfoComm , la imagen se genera mediante láseres ubicados en la parte posterior del televisor, que se reflejan en un conjunto de espejos que se mueven rápidamente para excitar los píxeles de la pantalla, de forma similar a los tubos de rayos catódicos. Los espejos reflejan los haces láser a través de la pantalla, produciendo así el número necesario de líneas de imagen . Las finas capas de fósforo dentro del vidrio emiten luz roja, verde o azul al ser excitadas por un láser UV suave. La intensidad del láser se puede variar o encender y apagar por completo sin problemas, lo que significa que una pantalla oscura requeriría menos energía para proyectar sus imágenes.

Aunque existen televisores/monitores CRT de pantalla grande, el tamaño de la pantalla está limitado por su poca practicidad. Cuanto más grande es la pantalla, mayor es el peso y más profundo el tubo CRT. Un televisor típico de 80 cm (32 pulgadas) puede pesar alrededor de 70 kg (150 libras) o más. El monitor Sony PVM-4300 pesa 200 kg (440 libras) y tiene el tubo CRT más grande jamás fabricado con una pantalla diagonal de 110 cm (43 pulgadas) . ^{[ 15 ]} Existen televisores SlimFit, pero no son comunes.       

Ventajas

• Perfil delgado
• Más ligeros y menos voluminosos que los televisores de retroproyección.
• Es menos susceptible al efecto de quemado de pantalla: El efecto de quemado de pantalla se refiere a la aparición de una imagen fantasma permanente en el televisor debido a la visualización constante y prolongada de la imagen. Los fósforos emisores de luz pierden luminosidad con el tiempo y, cuando se usan con frecuencia, las áreas de baja luminosidad se vuelven permanentemente visibles.
• 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 los reflejos.
• Consumo de energía ligeramente inferior al de las pantallas de plasma de tamaño equivalente.
• Se puede montar en la pared.

Desventajas

• Nivel de negro deficiente : Parte de la luz atraviesa los cristales líquidos incluso cuando estos se desenrollan por completo, por lo que el mejor color negro que se puede lograr son diferentes tonalidades de gris oscuro, lo que resulta en peores relaciones de contraste y menor detalle en la imagen. Esto se puede mitigar utilizando una matriz de LED como iluminador para lograr un negro casi puro.
• Ángulos de visión más estrechos que las tecnologías de la competencia. Es prácticamente imposible usar una pantalla LCD sin que se produzca cierta distorsión de la imagen.
• Las pantallas LCD dependen en gran medida de transistores de película delgada, que pueden dañarse, lo que da como resultado un píxel defectuoso .
• Por lo general, tienen tiempos de respuesta más lentos que los plasmas, lo que puede causar imágenes fantasma y desenfoque durante la visualización de imágenes en movimiento rápido. Esto también está mejorando al aumentar la frecuencia de actualización de las pantallas LCD. ^{[ 16 ]}

Ventajas

• Perfil de mueble 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 (2³⁶ ⁾ de colores frente a 16,7 millones ( ^2²⁴ ) de colores ^{[ 17 ]}
• Produce negros profundos y verdaderos, lo que permite relaciones de contraste superiores (+ 1:1.000.000) ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}
• 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 ^{[ 17 ] [ 18 ].}
• Sin desenfoque de movimiento ; eliminado con frecuencias de actualización más altas y tiempos de respuesta más rápidos (hasta 1,0 microsegundo), lo que hace que la tecnología de televisores de plasma sea ideal para ver imágenes de películas y deportes en movimiento rápido.

Desventajas

• Ya no se fabrica
• Susceptible a quemaduras de pantalla y retención de imagen; los televisores de plasma de última generación incorporan tecnología correctiva, como el desplazamiento de píxeles ^{[ 14 ].}
• 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 TV de plasma contemporánea (más larga que la de la tecnología CRT ) ^{[ 14 ].}
• No se fabrica en tamaños inferiores a 94 cm (37 pulgadas) de diagonal.  
• Susceptible al deslumbramiento por reflexión en una habitación muy iluminada, lo que atenúa la imagen.
• Alto 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 ^{[ 17 ] [ 18 ].}

Ventajas:

• Logra un excelente nivel de negro y una excelente relación de contraste.
• Logra una excelente reproducción del color.
• Los tubos de rayos catódicos (CRT) suelen tener una vida útil muy larga.
• Ángulos de visión mayores que los de las pantallas LCD.

Desventajas:

• Pesado y grande, especialmente en cuanto a profundidad.
• Si falla un tubo de rayos catódicos (CRT), los otros dos deben reemplazarse para lograr un equilibrio óptimo de color y brillo.
• Susceptible al efecto de quemado debido a que el tubo de rayos catódicos (CRT) está basado en fósforo.
• Es necesario "converger" (posicionar los colores primarios de manera que se superpongan sin franjas de color) anualmente (o después de la reubicación del set).
• Puede presentar halos de color o perder el enfoque.

Ventajas:

• Más pequeños que los proyectores CRT.
• El chip LCD se puede reparar o reemplazar fácilmente.
• No es susceptible al sobrecalentamiento.

Desventajas:

• El efecto de la mosquitera : En la pantalla grande, pueden verse píxeles individuales, lo que da la impresión de que el espectador está mirando a través de una mosquitera.
• Posibilidad de píxeles defectuosos
• Nivel de negro deficiente : Algo de luz atraviesa el cristal líquido incluso cuando este se desenrolla por completo, por lo que el mejor negro que se puede lograr es un gris muy oscuro, lo que resulta en peores relaciones de contraste y menor detalle en la imagen. Algunos modelos más recientes utilizan un iris ajustable para compensar este problema.
• No es tan delgado como un televisor de proyección DLP.
• Utiliza lámparas para iluminar; es posible que sea necesario reemplazarlas.
• Número fijo de píxeles, otras resoluciones deben escalarse para ajustarse a esto.
• Ángulos de visión limitados

Ventajas:

• El televisor de proyección más delgado de todos los tipos.
• Logra un excelente nivel de negro y una excelente relación de contraste.
• El chip DMD se puede reparar o reemplazar fácilmente.
• No es susceptible al sobrecalentamiento.
• Mejores ángulos de visión que los de los proyectores CRT.
• El brillo de la imagen solo disminuye debido a la antigüedad de la lámpara.
• Los píxeles defectuosos son poco frecuentes.
• No experimenta el efecto de puerta mosquitera.

Desventajas:

• Utiliza lámparas para iluminar, las cuales deben reemplazarse, en promedio, cada año y medio o dos años. Los modelos actuales con lámparas LED reducen o eliminan este problema. La vida útil estimada de las lámparas LED supera las 100 000 horas.
• Número fijo de píxeles; otras resoluciones deben escalarse para ajustarse a este valor. Esta limitación solo se presenta al compararlas con pantallas CRT.
• El efecto arcoíris: Se trata de un artefacto visual no deseado que se manifiesta como destellos de luz de color 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 arcoíris solo es significativo en pantallas DLP que utilizan una sola lámpara blanca con una rueda de color sincronizada con la visualización de los componentes rojo, verde y azul. Los sistemas de iluminación LED que utilizan LED discretos rojos, verdes y azules, junto con la visualización de estos componentes a alta frecuencia, reducen o eliminan por completo el efecto arcoíris.