Pantallas planas LCD

6.5 Pantallas planas LCD.
Las pantallas planas LCD son el sustituto lógico de los actuales monitores con
TRC, debido a las múltiples ventajas técnicas que ofrecen y la práctica
ausencia de ajustes complejos como convergencias, deflexión y enfoques.
Ilustración 6.10. Efecto producido
sobre una línea blanca por un mal
ajuste de convergencias.
6.5.1 Principio de funcionamiento.
Para comprender el funcionamiento de una pantalla LCD, lo mejor es tratar
primero el caso de un monitor LCD en blanco y negro.
Todos estamos acostumbrados a ver los típicos relojes digitales y los
juegos digitales de bolsillo que incorporan una pequeña pantalla de cristal de
cuarzo líquido (LCD). Estas pantallas compuestas por cuarzo líquido tienen la
propiedad de oscurecer determinadas zonas del cristal cuando a su través
circula una corriente eléctrica. Por tanto, la pantalla de un reloj dispone de
múltiples conexiones transparentes que conectan cada uno de los segmentos
que componen los números del display con el controlador o microprocesador
que produce la información que aparece en la pantalla. Cuando se desea
activar un segmento, se aplica corriente a los terminales adecuados de la
pantalla y éste se hace opaco o de color negro. Para que el observador distinga
entre las zonas opacas y las transparentes, detrás del cristal de cuarzo se
dispone una lámina reflectante que refleja la luz ambiente a través del cristal de
cuarzo creando el contraste lumínico necesario para observar las zonas
transparentes y las opacas producidas por los segmentos activos. Para poder
ver la información de una pantalla de cristal líquido en una habitación a
oscuras, será necesario iluminar la pantalla con una fuente externa como una
lamparita o LED que provoque el contraste lumínico deseado.
En el caso de las pantallas planas LCD en blanco y negro, también
conocidas como pantallas de plasma, el funcionamiento es similar, pero en vez
de estar dividida en segmentos con una forma más o menos definida, están
formadas por una matriz de puntos que podremos oscurecer
independientemente. Otra diferencia radica en que el display de un reloj sólo
tiene dos estados posibles, o transparente u opaco; Sin embargo, las pantallas
LCD permiten distintos niveles de transparencia, normalmente 256, que
permitirán presentar imágenes con 256 niveles de grises, que son más que
suficientes para representar una imagen en blanco y negro con calidad casi
fotográfica. Por último, en el caso de las pantallas LCD, utilizan siempre una luz
blanca polarizada (al igual que se hace con las gafas de sol polarizadas, la luz
blanca del monitor se pasa a través de un filtro que limita las longitudes de
onda a un espectro que no dañe la vista) que se distribuye uniformemente por
toda la pantalla a través de una capa difusora.
Para generar una imagen en blanco y negro sólo tenemos que activar
con mayor o menor intensidad los puntos de imagen según correspondan a un
gris claro (poca intensidad de corriente), un gris oscuro (mayor intensidad de
corriente) o un negro (máximo nivel de corriente) y dejar sin activar los puntos
de pantalla que vayan a representar un blanco. Posteriormente aplicaremos
una fuente de luz difusa polarizada por la parte posterior de la pantalla para
que la luz emitida sea filtrada por la pantalla y le llegue al observador la
sensación de una imagen luminosa en blanco y negro.
6.5.1.1 Pantallas LCD color pasivas.
Las pantallas LCD en color son
similares a las de blanco y negro,
pero disponen del triple de puntos,
formando una matriz de tríadas de
color RGB (rojo, verde y azul). Para
ello, entre la fuente de luz y el cristal
líquido se disponen unos filtros
cromáticos de los colores
fundamentales R, G y B que
provocarán que cada punto, según
su posición, emita una luz con una
tonalidad roja, verde o azul. La
integración de estos tres colores por
el ojo humano dará la sensación de
un color determinado. También se podrían disponer los filtros cromáticos
después del cristal de cuarzo líquido creándose la misma sensación, este es el
caso de los monitores TFT que se estudiarán a continuación.
Por tanto, la pantalla de plasma no emite luz, sino que filtra la luz
proveniente de una fuente de luz difusa blanca generando los colores
requeridos en cada caso.
Uno de los problemas que presenta este tipo de pantallas pasivas radica
en la dificultad de controlar la polarización (opacidad) de los cristales líquidos
con exactitud, para producir imágenes con colores reales y fieles a los
originales. También presentan problemas para mantener la polarización de los
cristales de cuarzo durante el tiempo de refresco de la imagen y para realizar
cambios rápidos y bruscos en dicha polarización, produciendo un efecto de
estela en la pantalla cuando se mueve un objeto, como por ejemplo el ratón.
Esta es la característica que quizás más fácilmente nos hace diferenciar una
pantalla de plasma activa de una pasiva, ya que en la primera no aparece
estela y en la segunda sí. Por último, también requieren de la utilización de un
cristal polarizado tras los filtros que limita considerablemente el ángulo de
visión del observador, lo que implica que el observador debe disponerse lo más
perpendicular posible a la pantalla para observar la imagen con buena calidad.
Este tipo de pantallas ya está en desuso, aunque se siguen empleando
en las pantallas de plasma utilizadas para proyectar imágenes del ordenador a
través de un proyector de transparencias convencional.

Ilustración 6.12. Pantalla de plasma para
retroproyección.
La mayor ventaja de este tipo de pantalla es su simplicidad técnica y
“bajo coste” con relación a las pantallas activas que se comentarán a
continuación.
6.5.1.2 Pantallas LCD color activas (TFT).
Las pantallas LCD Activas con tecnología TFT son básicamente iguales a las
LCD pasivas, salvo que controlan la polarización (grado de opacidad) de los
cristales de cuarzo líquido mediante una matriz de transistores denominados
TFT (Thin Film Transistor) y de condensadores unidos a cada uno de los
transistores. Existen, por tanto, tres transistores TFT y tres condensador
asociados a cada punto de la pantalla (uno por cada color básico del punto). La
acción de los transistores y condensadores inciden en tres aspectos
fundamentales:
Permite un control muy preciso sobre la polarización de las celdas o
ventanas del cristal líquido, de forma que se controla rigurosamente
la opacidad de las mismas, permitiendo crear colores muy reales y
fieles al original.
Los condensadores permiten mantener la polarización del cristal
líquido de forma muy estable el tiempo suficiente para que se
produzca el refresco de la celda o punto en cuestión.
Mejoran sustancialmente el tiempo de respuesta de las celdas de
cristal líquido ante un cambio rápido y brusco en su polarización,
llegándose en la actualidad a tiempos inferiores a los 16
milisegundos. Recordemos que, para que no se produzca una fatiga
visual grande, los tiempos de respuesta deben ser inferiores a 25
milisegundos (1/40 imágenes por segundo).
Estos dos últimos efectos reducen considerablemente el efecto estela en
pantalla, siendo prácticamente inapreciable o inexistente en los monitores
actuales.

Ilustración 6.13. Pantalla TFT de 19”.
En las pantallas TFT, la luz de fondo atraviesa el cristal difusor, que lo
distribuye uniformemente por toda el área útil de pantalla, a continuación,
atraviesa por un filtro polarizado que limita las longitudes de onda al espectro
visible no dañino para el ojo humano. Posteriormente, atraviesa el cristal de
cuarzo que dispone también de los transistores TFT y de los condensadores
que controlan cada una de sus celdas, obteniendo 256 niveles de luminosidad
diferentes por cada celda con un alto grado de estabilidad. La información ya
codificada por el cristal de cuarzo atraviesa una capa transparente que
constituye un cátodo común a todos los transistores y alcanza la capa de filtros
cromáticos ajustados a las longitudes de onda del rojo, verde y azul básicos
(RGB) del sistema de televisión, de forma que una vez atravesada esta capa, la
imagen en color estará totalmente formada. Por último atraviesa un cristal de
vidrio transparente que protege a la pantalla de los golpes y por un filtro
polarizado que evita también reflejos en la pantalla

Ilustración 6.14. Desglose funcional de una pantalla TFT.
Al disponer de tres filtros de color y
256 niveles por cada color, el número de
colores que se pueden representar con
estas pantallas es de 2563 = 16.777.216
colores o lo que es lo mismo 16,7 Mc
(mega colores), que se consideran en
artes gráficas true color o color
verdadero. De todos modos, debemos
considerar este valor como el típico,

Ilustración 6.15. Pantalla TFT de un portátil.
puesto que hay pantallas LCD TFT que disponen de menos colores, por
ejemplo, las utilizadas en los ordenadores de bolsillo también denominados
PDA y PALM, que pueden disponer de 64 Kc (40 niveles por color).
Cabe destacar también, que debido a las mejoras tecnológicas
introducidos en los paneles difusores, que distribuyen uniformemente la luz por
toda la pantalla, y de los cristales polarizados, también se han reducido
considerablemente las deficiencias observadas en las pantallas pasivas en
cuanto a la calidad de distribución de luz por la pantalla y el ángulo de visión,
que actualmente supera los 170º en monitores de uso profesional. Si lo unimos
a su considerable bajada de precios, hoy por hoy, podemos decir, que las
pantallas LCD con tecnología TFT compiten con los monitores TRC a igualdad
de condiciones y es de esperar que en breve adquieran la mayor cuota de
mercado, quedando los monitores TRC limitados al sector gráfico profesional.
Actualmente, se están investigando otros tipos de pantallas similares a
las LCD pero que utilizan otras sustancias que permiten transformar la corriente
eléctrica en luz, nos referimos a las pantallas que utilizan la tecnología OLED
(Organic Light Emiting Diode, Diodo Orgánico Emisor de Luz). Este tipo de
pantallas que se está comenzando a utilizar en cámaras digitales, no necesitan
retroalimentación, ya que la luz la genera la propia sustancia que constituye el
diodo OLED, son muy eficientes y generan una imagen muy brillante
consumiendo mucho menos que una pantalla TFT de las mismas
características. Por otro lado, no requieren filtros polarizados por lo que se
pueden construir pantallas muy planas y en materiales plásticos.
Su principal desventaja radica en la alta degradación que tienen las
sustancias empleadas al contacto con el aire o el agua. También su coste de
producción es actualmente muy elevado, aunque seguramente que con el
tiempo se irá reduciendo hasta alcanzar a los monitores actuales TRC y TFT,
Tanto en las pantallas LCD activas como en las pasivas, no existe el
problema de convergencia, tal y como se entiende en los tubos de rayos
catódicos, producido por la convergencia de los haces de electrones, pero a
mucha menor escala también se aprecia un efecto similar producido por el
hecho de que los tres puntos de color están separados, siendo esta distancia
máxima entre los puntos de los colores que se encuentran en los extremos de
la tríada. También se puede producir un efecto moiré debido a la distribución
uniforme de todas las tríadas en la pantalla. Al contrario, de cómo sucede con
los tubos de rayos catódicos, las pantallas planas no tienen enfoque, dadas sus
características constructivas y por este motivo, la nitidez de estas pantallas es
idéntica en todas las zonas de la pantalla, no como en un monitor con TRC que
mantiene siempre mayor nitidez en el centro que en los extremos producido por
el desenfoque del haz en estas zonas más distantes del tubo.
6.5.2 Características de los monitores LCD.
Contraste: Al igual que en los monitores TRC, una imagen contrastada
nos da una idea de nitidez representando la relación entre los tonos
claros y oscuros de la imagen representada. En los monitores LCD, el
contraste se expresa por dos números que nos indican dicha relación,
siendo valores admisibles de contraste a partir de 400:1 y siendo
buenos valores a partir de 700:1. Lo ideal, en un buen monitor, es que el
valor deseado de contraste se alcance con un valor del 80% del ajuste
de contraste, de forma que tengamos un cierto margen de ajuste por
encima para la representación de imágenes que no estén muy
contrastadas.
Brillo: Este parámetro se da en cd/m2 (candelas por metro cuadrado) y
representa la luminosidad de la imagen. Uno de los mayores problemas
que han presentado hasta ahora los monitores LCD ha sido su baja
luminosidad o brillo, que hacía que en ambientes muy iluminados la
imagen se apreciase muy mal. Actualmente se ha mejorado
considerablemente este aspecto estando muy próximo a los obtenidos
en monitores TRC. Los valores de brillo por debajo de los 150 cd/m2 se
consideran malos. Entre 150 y 250 cd/m2, normales, aptos para oficinas
y ambientes normalmente iluminados y de 250 a 450 cd/m2, buenos,
aptos para ambientes muy luminosos en los que la luz de día es
considerable. En recintos al aire libre con luz día intenso, los monitores
LCD aun no emiten suficiente luminosidad, por lo que hay que recurrir a
monitores TRC especiales.
Temperatura de color: Realmente representa la temperatura del blanco
más blanco que es capaz de representar el monitor. Si la temperatura es
baja, inferior a 6500 ºK, el color se observa cálido con tonalidades
rojizas o verdosas y si está por encima, se observa un blanco frío con
tonalidades azuladas que son muy agradables a la vista, por lo que los
monitores que alcanzan temperaturas de color altas suelen ser más
caros y deseados por los usuarios que están mucho tiempo delante del
monitor. Las temperaturas de color entre los 6500 ºK y los 7200 ºK se
considera que generan un blanco bastante neutro y sin una tonalidad de
color definida.
Resolución nativa: En el caso de los monitores LCD no se suele hablar
de resolución máxima, en su lugar se utiliza el término de resolución
nativa, indicando ésta la resolución para la cual fue diseñado el monitor
en puntos o píxels horizontales y verticales. Son por tanto, el número de
puntos físicos reales que presenta el monitor. Cualquier otra resolución
inferior utilizará métodos de interpolación de puntos para conseguir
rellenar toda la pantalla, por lo que la calidad será sensiblemente
inferior. Si la frecuencia es mayor, desaparecerán puntos de pantalla,
por lo que también disminuirá la calidad y aparecerán distorsiones
considerables si la información a representar utiliza líneas o puntos muy
finos. Las resoluciones nativas típicas son:
o Monitores 14” y 15 “: 1024 x 768 puntos.
o Monitores 17 “: 1280 x 1024 puntos.
o Monitores 19 “: 1600 x 1200 puntos.
o Monitores 20“ y 21”: 1920 x 440 puntos.
Dot pitch: Al igual que en los monitores TRC, también representa el
tamaño del punto físico y sus valores son similares, entre 0,25mm para
monitores pequeños de 14 o 15 pulgadas y 0,30mm para monitores
grandes como los de 20 pulgadas.
Ángulo de visión: Indica el ángulo máximo a través del cual la imagen
se ve con una cierta nitidez. Lo ideal sería que este ángulo fuese, tanto
vertical como horizontalmente, de 180º, pero lo normal es que sea muy
inferior a este. Los monitores de gama baja tienen ángulos de visión
inferiores a 140º y los de gama alta alcanzan hasta los 170º.
Tiempo de respuesta: Sería el equivalente a la frecuencia de vertical en
los TRC. Este tiempo es el que necesita un punto de imagen para
conmutar entre el encendido y el apagado total. Para que el ojo no
aprecie el efecto de parpadeo que produce el encendido y apagado de
un punto, el tiempo de respuesta debe ser inferior a los 25ms (mili
segundos). Los monitores de gama baja pueden tener tiempos inferiores
a este valor, por lo que el cansancio visual puede ser grande si el
usuario está mucho tiempo delante del monitor. Los monitores de gama
alta tienen tiempos de espera inferiores a 16ms.
Tamaño en pulgadas: Al igual que en los monitores TRC es el tamaño
de la diagonal de la pantalla en pulgadas. Los valores típicos son: 14,
15, 17, 19, 20 y 21 pulgadas.
Relación de aspecto: Al igual que en los monitores TRC es la relación
entre la dimensión horizontal y vertical de la imagen. Además de la
relación típica 4:3 actualmente se fabrican muchos monitores con
relaciones de aspecto 16:9.
Conexiones: Las conexiones utilizadas por los monitores LCD suelen
ser superiores a las de los TRC incorporando normalmente las
siguientes:
o D-Sub 15: Conexión analógica idéntica a la de los monitores
TRC.
o DVI: Conexión digital de vídeo (comentada en las tarjetas
gráficas).
o S-Video: Super vídeo (comentada en las tarjetas gráficas).
o AV-compuesto. Vídeo compuesto (comentada en las tarjetas
gráficas).
o Conexión USB. Los monitores actuales de gama alta disponen
de un concentrador USB 1.1.
o Altavoces: Es muy normal que los monitores LCD lleven
incorporados un juego de altavoces que se conectarán a la CPU
mediante esta conexión.
o Micrófono: Al igual que sucede con los altavoces, también es
común que las pantallas LCD lleven incorporado un micrófono
que se une a la CPU a través de este conector.
Peso: Es muy inferior al de los monitores TRC. Mientras que un
monitore TRC de 19” supera los 30 Kg, uno LCD no suele superar los 7
Kg.
Botones y menú OSD: Los ajustes de un monitor LCD son similares a
los estudiados en los monitores TRC.
Consumo: Mientras que un monitor TRC supera fácilmente los 150
vatios, un monitor LCD apenas si llega a los 50 vatios de consumo.
Ancho de banda de vídeo (tasa de puntos de vídeo): El parámetro es
idéntico al comentado en las tarjetas gráficas con el mismo nombre y su
valor debe estar en concordancia con la tarjeta gráfica que vayamos a
utilizar con el monitor. En general, un buen valor sería mayor de 135
MHz.
6.5.3 Calidad de un monitor LCD TFT.
El estándar ISO 13406-2 establece algunas normas de calidad de las pantallas
planas (New ISO Standard 13406-2 for Flat Panel Display), estableciendo los
parámetros y formas de medida de características como:
Iluminación de la pantalla (Display Luminance).
Contraste.
Reflexión.
Color.
Uniformidad de color y luminancia.
Análisis de la fuente de luz.
Puntos estropeados.
Efecto Flicker (parpadeo de líneas muy finas).
Debido al proceso de fabricación fundamentalmente, las pantallas LCD
suelen tener defectos en algunos o muchos de sus puntos (Píxel) o subpuntos
(subpixels), que pueden ser de distinto tipo, según los puntos estropeados
estén siempre iluminados, estén siempre apagados, o bien sea sólo un
subpunto del punto el que esté averiado.

Ilustración 6.16. Pantalla TFT de un portátil.
En cuanto al número de puntos estropeados se establece una
clasificación según la siguiente tabla:

Tabla 6-2. Tabla de clase de un monitor dependiendo del número de puntos estropeados.
6.5.4 Ventajas e inconvenientes de las pantallas LCD.
Aunque ya se han ido comentando las ventajas y desventajas de este tipo de
monitores, haremos ahora una recopilación de las ventajas e inconvenientes
principales.
Uno de los mayores problemas que presentan las pantallas LCD es el de
no poder iluminar una parte de un punto de imagen para representar una
resolución diferente a la resolución física de la pantalla. Es decir, si compramos
una pantalla LCD de 1024 x 768 puntos, representará imágenes a esta
resolución con toda nitidez y calidad, pero si se desea presentar una imagen
con menor resolución, por ejemplo 640 x 480 u 800 x 600, se planteará un
problema con los puntos no utilizados, puesto que, por ejemplo, 1024 / 640 =
1,6, lo que implicaría que cada píxel de la imagen debería utilizar 1,6 puntos
físicos de la pantalla. ¿Cómo solucionar esto?, se han adoptado varias
soluciones, la más evidente es reducir el espacio de presentación de la imagen
cuando la resolución se reduce, de forma que alrededor de la imagen queda
una zona en negro no utilizada. Esta solución ha sido muy utilizada en los
ordenadores portátiles. La otra solución es utilizar toda el área de la pantalla
para crear la imagen, calculando por interpolación los puntos carentes de
información. Este método presenta problemas cuando se deben representar
líneas muy finas que en algunos casos se verán más gruesas de lo que
realmente son.
Otro problema que pueden presentan las pantallas LCD es la mala
sincronización entre las frecuencias de los barridos de la tarjeta de vídeo y el
reloj que sincroniza el encendido y apagado de los transistores TFT. Si se
produce un desfase entre estas señales, normalmente por un desajuste de la
señal de reloj de la pantalla, aparecerán unas franjas verticales en la imagen.
Según el desfase producido, las franjas verticales serán más o menos visibles
en la imagen.
Tampoco debemos olvidar el inconveniente que produce el bajo ángulo
de visión correcta que presentan las pantallas LCD, aunque poco a poco, van
mejorando.
Entre las ventajas podemos destacar, aparte de las ya comentadas, su
reducido peso y un mayor aprovechamiento del área útil de la imagen. En un
monitor con TRC de 17”, se pierde casi una pulgada que es cubierta por la
carcasa del monitor mientras que los monitores de pantalla LCD utilizan toda la
pantalla para representar la imagen. También presentan un consumo muy
reducido
6.6 Averías en Monitores.
Las tarjetas gráficas y los monitores son elementos que trabajan con un mismo
fin, mostrar la información de texto o gráfica que se procesa en la CPU, por
tanto, es difícil saber cuando la avería es debida a problemas en la tarjeta
gráfica o en el monitor.
No obstante, la avería más usual que podemos encontrar en el sistema gráfico
es la producida por el deterioro del cable de conexión entre tarjeta y monitor.
6.6.1 Cable de conexión.
Los síntomas producidos por las averías en los cables de conexión suelen ser:
• Falta de sincronismo horizontal: Se ha cortado el cable
correspondiente al sincronismo horizontal. En la imagen, se ven
múltiples líneas horizontales dejando entrever la imagen como si
estuviese tumbada o muy distorsionada.
• Falta de sincronismo vertical: Se ha cortado el cable correspondiente
al sincronismo vertical. La imagen no se queda quieta en pantalla y va
pasando rápidamente de arriba abajo o viceversa.
• Falta de algún color: Se ha cortado el cable correspondiente al color
que falta en la imagen. La imagen se observa bien, pero se aprecia la
falta de un color por una marcada tonalidad azulada (falta del rojo) o
verdosa amarillenta (falta del azul o el verde).
Este tipo de averías suele ser intermitente y desaparece al mover
suavemente los cables de conexión en las zonas próximas a los conectores.
Como se comentó en los apartados anteriores, existen dos formas distintas
de conectar los monitores con las tarjetas según la calidad del monitor y tarjeta.
1. Conexión a través de manguera de cables con conectores DB-SUB 15. Es
el más usual, aunque nos podremos encontrar cables de conexión que
parten del interior del monitor (los más usuales), o cables con dos
conectores DB-SUB 15, uno para conectar a la tarjeta y otro para conectar
al monitor.
o En el primer caso, la rotura del cable suele producirse en el interior
del conector DB-SUB 15 y por tanto, la solución radica en abrir el
conector y reparar la conexión. Si el conector está sellado
térmicamente, cortaremos la manguera al ras del conector y
pondremos uno nuevo. Otra posibilidad puede ser el corte de alguno
de los cables interiores de la manguera en cuyo caso, deberemos
cortar el cable por encima de la rotura y poner de nuevo el conector.
o En el segundo caso, tendremos que comprobar ambos conectores
para saber en cuál de los dos se encuentra el problema.
2. Conexión mediante cable coaxial RG-58 o similar y conectores BNC. En
este caso es fácil comprobar cuál es el cable averiado, puesto que se
pueden desconectar independientemente. Para averiguar cuál es el cable
estropeado, sólo tendremos que ir desconectando y volviendo a conectar
cable por cable, hasta que detectemos que al quitar un cable la imagen
permanece igual que antes de quitarlo. Una vez detectado el cable se
procederá a sustituir el conector.
6.6.2 Monitor.
Una vez eliminada la posibilidad de que la avería haya sido producida por los
cables, el siguiente paso es comprobar el monitor, puesto que es el último
elemento de la cadena. La comprobación más rápida consiste en sustituirlo por
uno en buen estado. Si la avería persiste, entonces la avería será de la tarjeta
gráfica de la cual ya hemos hablado en el tema anterior.
Una vez determinado claramente que la avería es del monitor, lo
primero que deberemos hacer es asegurarnos que no es debido a un mal
ajuste del monitor.
También debemos tener en cuenta que la reparación de averías en
monitores sería tema para un curso completo y por tanto, no pretendemos que
el alumno sea capaz de repararlas, sino únicamente de diagnosticar las más
típicas.
Las averías típicas que podremos encontrar son las siguientes:

Tabla 6-3. Averías típicas de un monitor y sus posibles soluciones