Una pantalla de cristal líquido o LCD (acrónimo del inglés Liquid crystal display) es una pantalla delgada y plana formada por un número de píxeles en color o monocromos colocados delante de una fuente de luz o reflectora. A menudo se utiliza en dispositivos electrónicos de pilas, ya que utiliza cantidades muy pequeñas de energía eléctrica.
Características
Cada píxel de un LCD tipicamente consiste de una capa de moléculas alineadas entre dos electrodos transparentes, y dos filtros de polarización, los ejes de transmisión de cada uno estan (en la mayoría de los casos) perpendiculares entre sí. Sin cristal líquido entre el filtro polarizante, la luz que pasa por el primer filtro sería bloqueada por el segundo (cruzando) polarizador.
La superficie de los electrodos que están en contacto con los materiales de cristal líquido es tratada a fin de ajustar las moléculas de cristal líquido en una dirección en particular. Este tratamiento normalmente consiste en una fina capa de polímero que es unidireccionalmente frotada utilizando, por ejemplo, un paño. La dirección de la alineación de cristal líquido se define por la dirección de frotación.
Antes de la aplicación de un campo eléctrico, la orientación de las moléculas de cristal líquido está determinada por la adaptación a las superficies. En un dispositivo twisted nematic,TN, (unos de los dispositivos más comunes entre los de cristal líquido), las direcciones de alineación de la superficie de los dos electrodos son perpendiculares entre sí, y así se organizan las moléculas en una estructura helicoidal, o retorcida. Debido a que el material es de cristal líquido birefringent, la luz que pasa a través de un filtro polarizante se gira por la hélice de cristal líquido que pasa a través de la capa de cristal líquido, lo que le permite pasar por el segundo filtro polarizado. La mitad de la luz incidente es absorbida por el primer filtro polarizante, pero por lo demás todo el montaje es transparente.
Cuando se aplica un voltaje a través de los electrodos, una tuerca ajusta las moléculas de cristal líquido paralelas al campo eléctrico, que distorsiona la estructura helicoidal (esto se puede resistir gracias a las fuerzas elásticas desde que las moléculas están limitadas a las superficies). Esto reduce la rotación de la polarización de la luz incidente, y el dispositivo aparece gris. Si la tensión aplicada es lo suficientemente grande, las moléculas de cristal líquido en el centro de la capa son casi completamente desenrolladas y la polarización de la luz incidente no es rotada ya que pasa a través de la capa de cristal líquido. Esta luz será principalmente polarizada perpendicular al segundo filtro, y por eso será bloqueada y el pixel aparecerá negro. Por el control de la tensión aplicada a través de la capa de cristal líquido en cada píxel, la luz se puede permitir pasar a través de distintas cantidades, constituyendose los diferentes tonos de gris.
Cada píxel de un LCD tipicamente consiste de una capa de moléculas alineadas entre dos electrodos transparentes, y dos filtros de polarización, los ejes de transmisión de cada uno estan (en la mayoría de los casos) perpendiculares entre sí. Sin cristal líquido entre el filtro polarizante, la luz que pasa por el primer filtro sería bloqueada por el segundo (cruzando) polarizador.
La superficie de los electrodos que están en contacto con los materiales de cristal líquido es tratada a fin de ajustar las moléculas de cristal líquido en una dirección en particular. Este tratamiento normalmente consiste en una fina capa de polímero que es unidireccionalmente frotada utilizando, por ejemplo, un paño. La dirección de la alineación de cristal líquido se define por la dirección de frotación.
Antes de la aplicación de un campo eléctrico, la orientación de las moléculas de cristal líquido está determinada por la adaptación a las superficies. En un dispositivo twisted nematic,TN, (unos de los dispositivos más comunes entre los de cristal líquido), las direcciones de alineación de la superficie de los dos electrodos son perpendiculares entre sí, y así se organizan las moléculas en una estructura helicoidal, o retorcida. Debido a que el material es de cristal líquido birefringent, la luz que pasa a través de un filtro polarizante se gira por la hélice de cristal líquido que pasa a través de la capa de cristal líquido, lo que le permite pasar por el segundo filtro polarizado. La mitad de la luz incidente es absorbida por el primer filtro polarizante, pero por lo demás todo el montaje es transparente.
Cuando se aplica un voltaje a través de los electrodos, una tuerca ajusta las moléculas de cristal líquido paralelas al campo eléctrico, que distorsiona la estructura helicoidal (esto se puede resistir gracias a las fuerzas elásticas desde que las moléculas están limitadas a las superficies). Esto reduce la rotación de la polarización de la luz incidente, y el dispositivo aparece gris. Si la tensión aplicada es lo suficientemente grande, las moléculas de cristal líquido en el centro de la capa son casi completamente desenrolladas y la polarización de la luz incidente no es rotada ya que pasa a través de la capa de cristal líquido. Esta luz será principalmente polarizada perpendicular al segundo filtro, y por eso será bloqueada y el pixel aparecerá negro. Por el control de la tensión aplicada a través de la capa de cristal líquido en cada píxel, la luz se puede permitir pasar a través de distintas cantidades, constituyendose los diferentes tonos de gris.
FUNCIONAMIENTO
El funcionamiento de estas pantallas se fundamenta en la utilización de sustancias que comparten propiedades de sólidos y líquidos a la vez. Cuando un rayo de luz atraviesa una partícula de estas sustancias tiene necesariamente que seguir el espacio vacío que hay entre sus moléculas -como lo haría al atravesar un cristal sólido- pero a cada una de estas partículas se le puede aplicar una corriente eléctrica que cambie su polarización dejando pasar la luz o no. Una pantalla LCD está formada por dos filtros polarizados colocados perpendicularmente entre sí de maner que al aplicar una corriente eléctrica al segundo de ellos dejaremos pasar o no la luz que ha atravesado el primero de ellos. Para conseguir el color es necesario aplicar tres filtros más para cada uno de los colores básicos -rojo, verde y azul- y para la reproducción de varias tonalidades de color, se deben aplicar diferentes niveles de brillo intermedios entre luz y no-luz, lo cual se consigue con variaciones en el voltaje que se aplica a los filtros.Las ventajas de este tipo de pantallas son su menor tamaño, el bajo consumo -por eso se utilizan en los portátiles- y la desaparición de los problemas de parpadeo y geometría de las pantallas normales tubo de rayos catódicos.
El funcionamiento de estas pantallas se fundamenta en la utilización de sustancias que comparten propiedades de sólidos y líquidos a la vez. Cuando un rayo de luz atraviesa una partícula de estas sustancias tiene necesariamente que seguir el espacio vacío que hay entre sus moléculas -como lo haría al atravesar un cristal sólido- pero a cada una de estas partículas se le puede aplicar una corriente eléctrica que cambie su polarización dejando pasar la luz o no. Una pantalla LCD está formada por dos filtros polarizados colocados perpendicularmente entre sí de maner que al aplicar una corriente eléctrica al segundo de ellos dejaremos pasar o no la luz que ha atravesado el primero de ellos. Para conseguir el color es necesario aplicar tres filtros más para cada uno de los colores básicos -rojo, verde y azul- y para la reproducción de varias tonalidades de color, se deben aplicar diferentes niveles de brillo intermedios entre luz y no-luz, lo cual se consigue con variaciones en el voltaje que se aplica a los filtros.Las ventajas de este tipo de pantallas son su menor tamaño, el bajo consumo -por eso se utilizan en los portátiles- y la desaparición de los problemas de parpadeo y geometría de las pantallas normales tubo de rayos catódicos.
Las desventajas son su coste sensiblemente superior a los monitores convencionales, el menor ángulo de visión -hay que mirarlas de frente-, la menor velocidad de refresco y la pérdida en la gama de colores por lo que no son aptas para trabajos de diseño gráfico.A la hora de comprar una de comprar una de estas pantallas tendremos que fijarnos, sobre todo, en estas características: la resolución máxima, que nos vendrá dada por el número de celdas de cristal líquido realmente existentes en la pantalla.
Especificaciones
Importantes factores a considerar al evaluar un monitor LCD:
Resolución: El tamaño horizontal y vertical expresadas en píxeles (por ejemplo, 1024x768). A diferencia de los monitores CRT, las pantallas LCD tienen una resolución de soporte nativo para mostrar mejor efecto.
Ancho de punto: La distancia entre los centros de dos pixeles adyacentes. Cuanto menor sea el ancho de punto, menor granularidad en la imagen. El ancho de punto puede ser el mismo tanto vertical como horizontal, o diferentes (menos común).
Tamaño: El tamaño de un panel LCD se mide sobre la diagonal (más concretamente, conocida como área de visualización activa).
Tiempo de respuesta: El tiempo mínimo necesario para cambiar el color de un pixel o brillo. El tiempo de respuesta también se divide en ascenso y caída de tiempo.
Tipo de Matriz: activa o pasiva.
Ángulo de visión: más concretamente, conocida como visualización de la dirección.
Soporte de color: ¿Cuántos tipos de colores son soportados?, más conocida como gama de colores. Brillo: La cantidad de luz emitida desde la pantalla, también se conoce como luminosidad.
Contraste: La relación de la intensidad entre la más brillante y la más oscura.
Aspecto: La proporción de la anchura y la altura (por ejemplo, 4:3, 16:9 y 16:10).
Puertos de entrada: entre los que se encuentran DVI, VGA, LVDS, o incluso S - Video y HDMI.
Matrices activas y pasivas dirigidas a LCDs
Las pantallas LCD con un pequeño número de sectores, tales como los que se utilizan en relojes digitales y calculadoras de bolsillo, tienen contactos eléctricos individuales para cada segmento. Un circuito externo dedicado suministra una carga eléctrica para el control de cada segmento. Esta estructura es difícil de visualizar para algunos dispositivos de visualización.
Las pequeñas pantallas monocromo como las que se encuentran en los organizadores personales,o viejas pantallas de ordenadores portátiles tienen una estructura de matriz pasiva donde emplean tecnologías como la super-twisted nematic (STN) o la de doble capa STN (DSTN) , (DSTN corrige el problema del cambio de color de STN), y la STN de color (CSTN) (una tecnología donde el color se añade usando un filtro de color interno). Cada fila o columna de la pantalla tiene un solo circuito eléctrico. Los pixeles se dirigen a la vez por direcciones de fila y de columna. Este tipo de pantalla se denomina matriz pasiva–dirigida porque el pixel debe conservar su estado entre los períodos de refresco sin beneficiarse de una carga eléctrica constante. A medida que el número de píxeles (y, en consecuencia, columnas y filas) se incrementa, este tipo de pantalla se vuelve menos apropiada. Tiempos de respuesta muy lentos y un contraste bastante pobre son típicos en las matrices pasivas dirigidas a LCDs.
En dispositivos de color de alta resolución como los modernos monitores LCD y televisores utilizan una estructura de matriz activa. Una matriz de thin-film transistors (TFTs) se agrega a la polarización y a los filtros de color. Cada píxel tiene su propio transistor dedicado, que permitirá a cada línea de la columna acceder a un píxel. Cuando una línea de fila está activada, todas las líneas de la columna están conectadas a una fila de píxeles y una correcta tensión de alimentación es impulsada a todas las líneas de la columna. Cuando la línea de fila se desactiva, la siguiente línea de fila es activada. Todas las líneas de la fila se activan secuencialmente durante una operación de actualización.La matriz activa está dirigida a dispositivos con un mayor brillo y tamaño que a los que se dirige la matriz pasiva (dirigida a dispositivos de pequeño tamaño, y, en general, que tienen tiempos de respuesta más rápidos, produciendo imágenes mucho mejores).
Las pantallas LCD con un pequeño número de sectores, tales como los que se utilizan en relojes digitales y calculadoras de bolsillo, tienen contactos eléctricos individuales para cada segmento. Un circuito externo dedicado suministra una carga eléctrica para el control de cada segmento. Esta estructura es difícil de visualizar para algunos dispositivos de visualización.
Las pequeñas pantallas monocromo como las que se encuentran en los organizadores personales,o viejas pantallas de ordenadores portátiles tienen una estructura de matriz pasiva donde emplean tecnologías como la super-twisted nematic (STN) o la de doble capa STN (DSTN) , (DSTN corrige el problema del cambio de color de STN), y la STN de color (CSTN) (una tecnología donde el color se añade usando un filtro de color interno). Cada fila o columna de la pantalla tiene un solo circuito eléctrico. Los pixeles se dirigen a la vez por direcciones de fila y de columna. Este tipo de pantalla se denomina matriz pasiva–dirigida porque el pixel debe conservar su estado entre los períodos de refresco sin beneficiarse de una carga eléctrica constante. A medida que el número de píxeles (y, en consecuencia, columnas y filas) se incrementa, este tipo de pantalla se vuelve menos apropiada. Tiempos de respuesta muy lentos y un contraste bastante pobre son típicos en las matrices pasivas dirigidas a LCDs.
En dispositivos de color de alta resolución como los modernos monitores LCD y televisores utilizan una estructura de matriz activa. Una matriz de thin-film transistors (TFTs) se agrega a la polarización y a los filtros de color. Cada píxel tiene su propio transistor dedicado, que permitirá a cada línea de la columna acceder a un píxel. Cuando una línea de fila está activada, todas las líneas de la columna están conectadas a una fila de píxeles y una correcta tensión de alimentación es impulsada a todas las líneas de la columna. Cuando la línea de fila se desactiva, la siguiente línea de fila es activada. Todas las líneas de la fila se activan secuencialmente durante una operación de actualización.La matriz activa está dirigida a dispositivos con un mayor brillo y tamaño que a los que se dirige la matriz pasiva (dirigida a dispositivos de pequeño tamaño, y, en general, que tienen tiempos de respuesta más rápidos, produciendo imágenes mucho mejores).
Inconvenientes
La tecnología LCD aún tiene algunos inconvenientes en comparación con otras tecnologías de visualización:
Aunque los CRTs sean capaces de mostrar múltiples resoluciones de vídeo sin introducir artefactos, los LCDs producen imágenes nítidas sólo en su "resolución nativa", y, a veces, en las fracciones de la resolución original. Al intentar ejecutar paneles LCD a resoluciones no nativas por lo general los resultados en el panel de la escala de la imagen, introducen emborronamiento de la imagen o bloqueos y, en general, es susceptible a varios tipos de HDTV borrosa. Muchos LCDs no son capaces de mostrar modos de pantalla de baja resolución (por ejemplo, 320x200), debido a estas limitaciones de escala.
Aunque los LCDs suelen tener más imágenes vibrantes y mejor contraste "del mundo real" (la capacidad de mantener el contraste y la variación de color en ambientes luminosos) que CRTs, tienen menor contraste que los CRTs en términos de la profundidad de los negros. El contraste es la diferencia entre un encendido completo (en blanco) y la desactivación de píxeles (negro), y los LCDs pueden tener "sangrado de luz de fondo" donde la luz (por lo general, visto desde de las esquinas de la pantalla)se filtra y las fugas de negro se convierten en gris. En diciembre de 2007, los mejores LCDs pueden acercarse al contraste de las pantallas de plasma en términos de entrega de profundidad de negro, pero la mayoría de LCDs siguen a la zaga.
Los LCDs suelen tener tiempos de respuesta más lentos que sus correspondientes de plasma y CRT, en especial las viejas pantallas, creando imágenes fantasmas cuando las imágenes se cargaban rápidamente. Por ejemplo, cuando se desplaza el ratón rápidamente en una pantalla LCD, múltiples cursores pueden ser vistos.
Algunas pantallas LCD tienen importantes aportaciones de retraso. Si el retraso es lo suficientemente grande, esa pantalla puede ser inadecuada para operaciones de ratón rápidas y precisas (CAD, juegos FPS) en comparación con los monitores CRT o LCD, pequeños y con insignificantes cantidades de retraso de entrada. Cortos restrasos son a veces puestos de relieve en la comercialización.
Los paneles LCD tienden a tener un ángulo de visión limitado en relación con las CRTs y las pantallas de plasma. Esto reduce el número de personas que pueden cómodamente ver la misma imagen - las pantallas de ordenadores portátiles son un excelente ejemplo. Así, esta falta de radiación es lo que da a las LCDs su reducido consumo de energía en comparación con las pantallas de plasma y CRTs. Si bien los ángulos de visión han mejorado al punto de que es poco frecuente que los colores sean totalmente incorrectos en el uso normal, a distancias típicas de uso de un ordenador los LCDs todavía permiten pequeños cambios en la postura del usuario, e incluso diferentes posiciones entre sus ojos producen una notable distorsión de colores, incluso para los mejores LCDs del mercado.
Los monitores LCD tienden a ser más frágiles que sus correspondientes CRTs. La pantalla puede ser especialmente vulnerable debido a la falta de un grueso cristal protector como en los monitores CRT.
Los píxeles muertos ocurren frecuentemente y pocos fabricantes reemplazan las pantallas con píxeles muertos de forma gratuita.
Las bandas horizontales y / o verticales son un problema en algunas pantallas de LCD. Este defecto se produce como parte del proceso de fabricación, y no puede ser reparado (fuera de la sustitución total de la pantalla). Las bandas pueden variar considerablemente incluso entre las pantallas LCD de la misma marca y modelo. El grado es determinado por la fabricación de procedimientos de control de calidad.
La tecnología LCD aún tiene algunos inconvenientes en comparación con otras tecnologías de visualización:
Aunque los CRTs sean capaces de mostrar múltiples resoluciones de vídeo sin introducir artefactos, los LCDs producen imágenes nítidas sólo en su "resolución nativa", y, a veces, en las fracciones de la resolución original. Al intentar ejecutar paneles LCD a resoluciones no nativas por lo general los resultados en el panel de la escala de la imagen, introducen emborronamiento de la imagen o bloqueos y, en general, es susceptible a varios tipos de HDTV borrosa. Muchos LCDs no son capaces de mostrar modos de pantalla de baja resolución (por ejemplo, 320x200), debido a estas limitaciones de escala.
Aunque los LCDs suelen tener más imágenes vibrantes y mejor contraste "del mundo real" (la capacidad de mantener el contraste y la variación de color en ambientes luminosos) que CRTs, tienen menor contraste que los CRTs en términos de la profundidad de los negros. El contraste es la diferencia entre un encendido completo (en blanco) y la desactivación de píxeles (negro), y los LCDs pueden tener "sangrado de luz de fondo" donde la luz (por lo general, visto desde de las esquinas de la pantalla)se filtra y las fugas de negro se convierten en gris. En diciembre de 2007, los mejores LCDs pueden acercarse al contraste de las pantallas de plasma en términos de entrega de profundidad de negro, pero la mayoría de LCDs siguen a la zaga.
Los LCDs suelen tener tiempos de respuesta más lentos que sus correspondientes de plasma y CRT, en especial las viejas pantallas, creando imágenes fantasmas cuando las imágenes se cargaban rápidamente. Por ejemplo, cuando se desplaza el ratón rápidamente en una pantalla LCD, múltiples cursores pueden ser vistos.
Algunas pantallas LCD tienen importantes aportaciones de retraso. Si el retraso es lo suficientemente grande, esa pantalla puede ser inadecuada para operaciones de ratón rápidas y precisas (CAD, juegos FPS) en comparación con los monitores CRT o LCD, pequeños y con insignificantes cantidades de retraso de entrada. Cortos restrasos son a veces puestos de relieve en la comercialización.
Los paneles LCD tienden a tener un ángulo de visión limitado en relación con las CRTs y las pantallas de plasma. Esto reduce el número de personas que pueden cómodamente ver la misma imagen - las pantallas de ordenadores portátiles son un excelente ejemplo. Así, esta falta de radiación es lo que da a las LCDs su reducido consumo de energía en comparación con las pantallas de plasma y CRTs. Si bien los ángulos de visión han mejorado al punto de que es poco frecuente que los colores sean totalmente incorrectos en el uso normal, a distancias típicas de uso de un ordenador los LCDs todavía permiten pequeños cambios en la postura del usuario, e incluso diferentes posiciones entre sus ojos producen una notable distorsión de colores, incluso para los mejores LCDs del mercado.
Los monitores LCD tienden a ser más frágiles que sus correspondientes CRTs. La pantalla puede ser especialmente vulnerable debido a la falta de un grueso cristal protector como en los monitores CRT.
Los píxeles muertos ocurren frecuentemente y pocos fabricantes reemplazan las pantallas con píxeles muertos de forma gratuita.
Las bandas horizontales y / o verticales son un problema en algunas pantallas de LCD. Este defecto se produce como parte del proceso de fabricación, y no puede ser reparado (fuera de la sustitución total de la pantalla). Las bandas pueden variar considerablemente incluso entre las pantallas LCD de la misma marca y modelo. El grado es determinado por la fabricación de procedimientos de control de calidad.
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