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PANTALLAS PLANAS
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En base al manual de entrena...
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Colección “Club Saber Electrónica”

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líquido. Tiene ambas características y generalmente es un líq...
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si la dirección de una plaqueta polarizada
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hace todos los días con los puntos de vista
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La Televisión 3D
EVOLUCIÓN
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Lentes activas: lo que permite que se
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La Televisión 3D
didad en imágenes estereoscópicas 3D, es
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display volumétrico es capaz de iluminar
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La Televisión 3D
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de imagen que ofrece una pantalla LCD. Y
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la imagen que éste
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La Televisión 3D
Se cree que el principal objetivo al detener la producc...
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cionan de forma vertical encima
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La Televisión 3D
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la luz que pasa a trav...
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Fallas y Reparación en Televisores LCD y 3D
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  3. 3. sumario editorial lcd 3d.qxd 3/7/12 5:10 PM Director Ing. Horacio D. Vallejo Editorial Producción José María Nieves (Grupo Quark SRL) Selección y Coordinación: Ing. Horacio Daniel Vallejo EDITORIAL QUARK S.R.L. Propietaria de los derechos en castellano de la publicación mensual SABER ELECTRÓNICA - San Ricardo 2072 (1273) - Capital Federal - Buenos Aires - Argentina - T.E. 4301-8804 Administración y Negocios Teresa C. Jara (Grupo Quark SRL) Patricia Rivero Rivero (SISA SA de CV) Margarita Rivero Rivero (SISA SA de CV) Staff Liliana Teresa Vallejo Mariela Vallejo Diego Vallejo Luis Alberto Castro Regalado (SISA SA de CV) José Luis Paredes Flores (SISA SA de CV) Sistemas: Paula Mariana Vidal Red y Computadoras: Raúl Romero Video y Animaciones: Fernando Fernández Legales: Fernando Flores Contaduría: Fernando Ducach Técnica y Desarrollo de Prototipos: Alfredo Armando Flores Atención al Cliente Alejandro Vallejo ateclien@webelectronica.com.ar Internet: www.webelectronica.com.mx Publicidad: Rafael Morales rafamorales@webelectronica.com.ar Club SE: Grupo Quark SRL luisleguizamon@webelectronica.com.ar Editorial Quark SRL San Ricardo 2072 (1273) - Capital Federal www.webelectronica.com.ar La Editorial no se responsabiliza por el contenido de las notas firmadas. Todos los productos o marcas que se mencionan son a los efectos de prestar un servicio al lector, y no entrañan responsabilidad de nuestra parte. Está prohibida la reproducción total o parcial del material contenido en esta revista, así como la industrialización y/o comercialización de los aparatos o ideas que aparecen en los mencionados textos, bajo pena de sanciones legales, salvo mediante autorización por escrito de la Editorial. Impresión: Talleres Babieca - México Página 1 Editorial Del Editor al Lector Con este ejemplar damos un paso más en compañía de los avances tecnológicos. Desde hace un par de años, las principales tiendas de venta de equipos electrónicos ofrecen diferentes alternativas en receptores d e TV de alta definición con imágenes en 3D, sin embargo, aún no existe programación específica y continua para que los usuarios puedan disfrutar de series, películas, eventos deportivos etc. Para poder ver en 3D se deben tener películas que, en general, vienen en formato Bu-ray. Si Ud. tuvo la oportunidad de ver una película en 3D en estos tipos de televisores, habrá notado que el camino por recorrer es aún muy extenso, ya que parece que uno estuviera viendo la programación como si fuese dentro “de una pecera”, por más que tenga las mejores lentes y esté en el más tranquilo de los ambientes. La razón es muy simple, fabricar televisores 3D que no requieran lentes para que el espectador no se canse rápido sigue siendo muy caro… entonces ¿por qué se venden televisores 3D? ¿el 3D es lo mismo que el smart TV? Contestamos las dos preguntas al mismo tiempo: un televisor inteligente (smart TV) es aquel que permite una programación interactiva, conexión HDMI para alta definición y una serie de características a las que los usuarios tardarán en acostumbrarse. Hoy en día se ofrecen muchos tipos de televisores inteligentes y la gran mayoría vienen con decodificador integrado para 3D. En esta obra “intentamos” explicar tanto al técnico como al aficionado qué es la televisión 3D y cómo son los aparatos que la reproducen, también se explica cómo funciona una pantalla LCD y de qué manera se encara el mantenimiento y la reparación de los televisores de última generación. En los CDs que acompañan a esta obra (y que puede descargar gratis de Internet) encontrará abundante información tanto teórica como práctica, muy útil para profundizar conocimientos y para tener herramientas indispensables para el servicio electrónico. ¡Hasta el mes próximo! SOBRE LOS 2 CDS Y SU DESCARGA Ud. podrá descargar de nuestra web 2 CDs: “Curso de Funcionamiento y Reparación de Televisores de Pantalla Plana” y “200 Fallas Comentadas en Televisores de Última Generación” que contienen Cursos, Videos, Tutoriales, Guías de Reparación y Proyectos, etc. Todos los CDs son productos multimedia completos con un costo de mercado equivalente a 8 dólares americanos cada uno y Ud. los puede descargar GRATIS con su número de serie por ser comprador de este libro. Para realizar la descarga deberá ingresar a nuestra web: www.webelectronica.com.mx, tendrá que hacer clic en el ícono password e ingresar la clave “3DLCD”. Tenga este texto cerca suyo ya que se le hará una pregunta aleatoria sobre el contenido para que pueda iniciar la descarga. Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 1
  4. 4. sumario editorial lcd 3d.qxd Sumario 3/7/12 5:10 PM PANTALLAS PLANAS Y PANTALLAS 3D Página 2 ULTIMA GENERACIÓN SUMARIO DE CAPÍTULO 1 - CÓMO FUNCIONA UNA PANTALLA LCD . . . . . . . . . . . .3 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 Construcción de la Pantalla LCD . . . . . . . . . . . . . . . .3 Componentes principales de la pantalla LCD . . . . .5 Principio del Cristal Líquido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 Proceso de Frotamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 Funcionamiento del Cristal Líquido . . . . . . . . . . . . . .8 Funcionamiento de la Plaqueta Polarizada del Panel LCD (Obturador) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 Funcionamiento de la Película de Alineación . . . . .10 Funcionamiento del Panel LCD . . . . . . . . . . . . . . . .10 El Electrodo Transparente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 Tipos de Construcción de Pantalla LCD . . . . . . . . .12 Tipo Nematic Torcido (TN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 Tipo Super TN (STN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 Tipo Triple STN (TSTN) / Tipo de Película STN (FSTN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 El Sistema de la pantalla LCD . . . . . . . . . . . . . . . . .13 Sistema de Matriz de Puntos . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 Coloración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14 Sistemas de Excitación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 El Sistema de Matriz Pasiva . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 El Sistema de Matriz Activa . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16 Primeras Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 Lo Que Debe Recordar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 La Excitación del Sistema de Matriz Activa . . . . . . .19 Mejoramiento de la Tecnología de la Pantalla LCD . . . .22 Características de la Pantalla LCD . . . . . . . . . . . . .22 Sistema Multi-Dominio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25 Sistema MVA (Alineación Vertical Multi-dominio) . . . . . .25 Sistema IPS (Conmutación In- Plain) . . . . . . . . . . .26 Película Compensada Ópticamente . . . . . . . . . . . .28 Sistema OCB (Birrefringencia Compensada Ópticamente) . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28 Mejora de la Velocidad de Respuesta . . . . . . . . . . .29 Apéndice 1: Luz Trasera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30 Apéndice 2: Circuito LVDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30 CAPÍTULO 2 - LA TELEVISIÓN 3D . . . .37 2 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37 Introducción al 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38 Principios Físicos de la Visión 3D . . . . . . . . . . . . . .40 Evolución . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 Descripción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 Sistemas Estereoscópicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41 Sistemas Autoestereoscópicos . . . . . . . . . . . . . . . .42 Cómo Aumentar el Número de Vistas . . . . . . . . . . .42 Tecnologías Existentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43 Métodos de Distribución Espacial para dar Sensación de 3D . . . . . . . . . . . .44 Los Smart TV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45 El Sistema Operativo de los Smart TV . . . . . . . . . .48 Los Televisores 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49 Tipos de Televisores 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51 Televisión Autoestereoscópica . . . . . . . . . . . . . . . . .51 El Sistema WOWvx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52 Tecnología de Lentes Multivista . . . . . . . . . . . . . . .53 Matriz de Lentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53 2D & 3D Dual Mode (Compatibilidad entre el Modo 2D y 3D) . . . . . . . .54 Creación de Contenidos 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . .55 Plugins para Programas de Animación 3D . . . . . . .56 CAPÍTULO 3 - FALLAS Y REPARACIÓN EN TELEVISORES LCD Y 3D . . . . . .57 Lo Primero que debe Saber . . . . . . . . . . . . . . . . . .57 Fallas en los Periféricos de la Pantalla . . . . . . . . . .59 Fallas con Simetría Vertical . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61 Fallas con Simetría Horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . .62 Fallas en la Pantalla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63 Fallas en el Filtro Polarizador . . . . . . . . . . . . . . . . .64 Fallas de Construcción del Panel LCD . . . . . . . . . .65 Fallas en el Circuito Electrónico del Panel LCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65 Fallas de Comunicación y de Pantalla . . . . . . . . . .69 Reparación de la Sección de Audio . . . . . . . . . . . .71 Reparación de la Sección del Conversor A/D . . . . .72 Circuito de Cristal Reset y Puerto de Salida . . . . . .72 CAPÍTULO 4 - 200 FALLAS COMENTADAS EN PANTALLAS PLANAS Y SMART TV . . . . . .75 Guía de Fallas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75 Colección “Club Saber Electrónica”
  5. 5. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 3 Capítulo 1 - Cómo Funciona una Pantalla LCD En base al manual de entrenamiento TI5110LCD de Sanyo, en este capítulo explicamos “técnicamente” el funcionamiento de las pantallas planas de LCD con el objeto de poder brindar parámetros de búsqueda de fallas y su reparación. Aclaramos que este texto no pretende explicar el funcionamiento del televisor en si, ya que dicho tema se desarrolló en el tomo 43 de esta Colección. INTRODUCCIÓN En varias ediciones de Saber Electrónica publicamos artículos relacionados con la construcción y el funcionamiento de las pantallas planas de LCD usadas en los televisores modernos, también publicamos tomos de la colección Club Saber Electrónica sobre este tema. Es por eso que este trabajo, que es una traducción con arreglos del manual de entrenamiento Sanyo TL5110LCD, abreviaremos conceptos y datos teóricos, dado que está orientado a técnicos reparadores. Sólo mencionaremos las principales funciones de cada bloque y/o elemento y su relación con posibles fallas. La pantalla de LCD se usa para mostrar la señal eléctrica convertida a partir de datos de imagen en pantalla CRT. Se usan transistores de película delgada (TFT) conmutados por la señal eléctrica que cambian la transmisión a luz en pequeños elementos de imagen (pixeles) del LCD. La pantalla LCD construye la imagen agrupando estos elementos de cada color RGB. CONSTRUCCIÓN DE LA PANTALLA LCD Para la descripción de este manual tomaremos como base los siguientes bloques: Pantalla LCD: El cristal líquido está empaquetado entre los módulos de plaqueta (TFT y Común) y se construye el panel LCD. Se adosa una luz trasera al panel LCD. Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 3
  6. 6. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 4 Capítulo 1 4 Colección “Club Saber Electrónica” Figura 1
  7. 7. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 5 Cómo Funciona un Televisor LCD Módulo de plaqueta (electrodo común): El electrodo común consta de una plaqueta polarizada, un filtro de color y un electrodo transparente en una placa de vidrio. Se forma una película de alineación en el electrodo transparente. Módulo de plaqueta (electrodo TFT): El electrodo TFT consta de una plaqueta polarizada y un electrodo transparente (electrodo de píxel y transistor excitador) en una placa de vidrio. Se forma una película de alineación en el electrodo transparente. Para nuestra descripción, el panel LCD y el obturador LCD son la misma cosa pero el primero se usa cuando hablamos de su estructura y el segundo para indicar la función. COMPONENTES DE LA PANTALLA PRINCIPALES LCD Vea la figura 1 para referencia de los elementos que componen la pantalla LCD. Obturador LCD: La tensión de alimentación a los electrodos transparentes entre el píxel y los lados comunes cambia el arreglo del cristal líquido. Armando 2 plaquetas polarizadas, la transferencia de luz desde la luz trasera se puede controlar mediante la relación de transparencia del obturador de LCD. Cristal líquido: El cristal líquido es un material cuyo estado está entre sólido y Figura 2 Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 5
  8. 8. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 6 Capítulo 1 líquido. Tiene ambas características y generalmente es un líquido turbio blanco. Sus moléculas normalmente son de un arreglo comparativamente opaco y cambia a transparente con la aplicación de tensión o calor. Electrodo transparente (película): El Obturador LCD se opera mediante tensión de alimentación derivada de la señal de video. Para su electrodo de conexión se usa una película transparente (figura 3). Película de alineación: Es una película para arreglar las moléculas de cristal líquido y está hecha de resina poliamídica. Plaqueta polarizada: La luz con una dirección específica pasa a través de una luz polarizada. Transistor excitador: El transistor de pelí- cula delgada (TFT) se usa para excitar el obturador LCD de cada píxel. Filtro de color: Es un filtro con 3 colores (R, G, B) arreglados para cada píxel. Luz trasera: El cristal líquido no emite luz. Se necesita una fuente de luz para la pantalla. La fuente de luz se pone en el lado trasero del panel LCD y se llama “Luz trasera” (backlight). Vea en la figura 2 cómo es la construcción de un display de LCD y detalles del ensamble. PRINCIPIO DEL CRISTAL LÍQUIDO ¿Qué es un cristal líquido? Es un material cuyo estado está entre sólido y líquido. Tiene características tanto Figura 3 6 Colección “Club Saber Electrónica”
  9. 9. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 7 Cómo Funciona una Pantalla LCD Generalmente se usa el cristal líquido Nematic . Figura 4 a) Smectic Las moléculas están en capas y dispuestas en paralelo entre sí. El centro de gravedad está dispuesto al azar en la capa. b) Nematic Las moléculas no están en capas. Están dispuestas en paralelo. El centro de gravedad se puede mover libremente alrededor del eje mayor. de sólido como de líquido, y generalmente es un líquido turbio blanco. Sus moléculas generalmente son opacas y cambian a transparentes con la aplicación de tensión o calor. Casi todos los materiales constan de un compuesto orgánico que toma la forma de una vara delgada o una placa plana. Hay 3 tipos de cristal líquido como se muestra en la figura 4 y dependen de la construcción y arreglo de las moléculas. c) Cholesteric Las moléculas están en capas y dispuestas en paralelo. La dirección de disposición del eje mayor de las capas vecinas se desplaza gradualmente. A fin de usar el cristal líquido para pantalla, es necesario disponer regularmente las moléculas de Nematic (proceso de frotamiento). PROCESO DE FROTAMIENTO Después que se ponen sustancias químicas en la placa de vidrio, se endurecen, y luego la superficie de la placa se frota con una tela para fijar la dirección de las brechas que se forman. La dirección de disposición de las moléculas se establece en las brechas. Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 7
  10. 10. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 8 Capítulo 1 Figura 5 Este proceso se usa para cambiar las características de modo que las moléculas que tocan la superficie frotada están dispuestas según el eje mayor de la dirección frotada. Esta película delgada en la placa de vidrio se llama “película de alineación”. FUNCIONAMIENTO DEL CRISTAL LÍQUIDO La sustancia química requerida para el material de cristal líquido es una que reacciona de modo que la dirección del arreglo cambia de acuerdo con el campo eléctrico aplicado. En la pantalla LCD, se pone un cristal líquido entre dos electrodos. Cuando se aplica tensión entre ellos, se genera un Figura 6 8 campo eléctrico en el cristal líquido, y las moléculas de cristal líquido se mueven y arreglan. La luz trasera aplicada al cristal líquido pasa o se bloquea de acuerdo con la disposición de las moléculas, figura 6. Si se aplica un campo eléctrico de una fuente externa al cristal líquido, se generarán dipolos eléctricos que reaccionarán según la intensidad y la dirección del campo eléctrico. A través de la operación de estos dipolos eléctricos y el campo eléctrico, se genera la potencia de cambio de la dirección de las moléculas de cristal líquido. Por lo tanto, de acuerdo con un campo eléctrico externo, las moléculas de cristal líquido se mueven y cambian la dirección de horizontal a vertical. Colección “Club Saber Electrónica”
  11. 11. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 9 Cómo Funciona una Pantalla LCD FUNCIONAMIENTO DE LA PLAQUETA POLARIZADA DEL PANEL LCD (OBTURADOR) La luz es una onda electromagnética que oscila en forma perpendicular a la dirección de avance. En realidad, las direcciones de Figura 8 Figura 7 oscilación de toda la luz están mezcladas. Una plaqueta polarizada sólo deja pasar la luz en la dirección específica de las varias direcciones de oscilación que estaban mezcladas. Por lo tanto, sólo se puede extraer la luz de la misma dirección que la dirección de polarización de la plaqueta polarizada, dejándola pasar a través de esta plaqueta polarizada. O sea, si la dirección de oscilación de la luz y la dirección de una plaqueta polarizada coinciden, la luz pasará a través de una plaqueta polarizada. Además, Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 9
  12. 12. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 10 Capítulo 1 si la dirección de una plaqueta polarizada difiere de la dirección de oscilación de la luz, la luz no puede pasar a través de una plaqueta polarizada. Cuando la dirección de oscilación de una plaqueta polarizada y la luz se desplazan en 90°, la luz se bloquea completamente. En las figuras 8 y 9 podemos apreciar este fenómeno. La luz pasa y si las dos plaquetas están polarizadas en la misma dirección cuando se las mira, entonces la luz brilla. Sin embargo, si se desplazan en ángulo recto, la luz se bloquea y la imagen aparece oscura. FUNCIONAMIENTO DE LA PELÍCULA DE ALINEACIÓN El cristal líquido se inserta en películas de alineación de una placa superior e inferior que tienen la dirección de surcos desplazados en 90° en la pantalla LCD. Las moléculas de cristal líquido de la placa de alineación superior se disponen según la película de alineación superior. Las moléculas de cristal líquido de la placa de alineación inferior se disponen según la película de alineación inferior. La capa de cristal líquido entre estas películas de alineación se tuerce poco a poco y se dispone de modo que 10 se forma una espiral. La luz que entra a través de la primera placa de alineación va a ser girada su dirección de oscilación en 90° por la capa de cristal líquido entre las películas de alineación. Ahora la dirección de oscilación se alinea con la segunda placa de alineación y la luz pasará. Esta operación podemos verla graficada en la figura 10. FUNCIONAMIENTO DEL PANEL LCD En el panel LCD se inserta un cristal líquido y se lo encierra entre dos placas de vidrio. La plaqueta polarizada, el electrodo transparente, y la película de alineación se forman en estas placas de vidrio. La luz puede pasar o bloquearse suministrando tensión o no a este panel LCD. Colección “Club Saber Electrónica” Figura 9
  13. 13. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 11 Cómo Funciona una Pantalla LCD Figura 10 Si no se suministra tensión (llave apagada), las moléculas de cristal líquido son desplazadas en 90° lateralmente y se disponen en espiral. La dirección de oscilación de la luz que pasó por la plaqueta polarizada superior es cambiada por la disposición de la molécula de cristal líquido girada. Por lo tanto, la dirección de una plaqueta polarizada y la dirección de oscilación de la luz que es desplazada en 90° es la misma, y esta luz ahora puede pasar a través de una plaqueta polarizada. Esta es la condición de obturador activado del cristal líquido y el panel LCD (obturador LCD) deja pasar la luz. Por el contrario, en la condición de suministro de tensión (llave encendida), las moléculas de cristal líquido se disponen en una línea a 90° con respecto a la placa de vidrio. Dado que las moléculas verticales de cristal líquido no afectan la dirección oscilante de la luz, la luz que pasó a través de la placa polarizada superior pasa como está sin cambiar la dirección de oscilación. Dado que la dirección de oscilación de esta luz difiere de la dirección de la plaqueta polarizada inferior que está desplazada en 90°, la luz choca con esta plaqueta polarizada y no puede pasar. Esta es la condición de obturador desactivado del cristal líquido y el panel LCD (obturador LCD) bloquea la luz. Esta es la estructura básica (activada-desactivada de la luz por el obturador LCD) de un panel LCD. Es una estructura tipo emparedado de lados superior e inferior de electrodos transparentes, películas de alineación, y plaquetas polarizadas, con un material de cristal líquido encerrado entre ellos. El panel LCD mostrado en la figura 11 es un tipo de panel que cambia la luz en una condición de pasaje cuando no se suministra tensión entre las plaquetas polarizadas superior e inferior que están a 90° entre sí. Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 11
  14. 14. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 12 Capítulo 1 Este tipo de panel tiene la ventaja de que mejora el contraste de negro y generalmente funciona bien. Este modo se llama “Modo Normalmente Blanco”. Un panel LCD que transmite luz cuando no se suministra tensión se denomina “Modo Normalmente Negro”. En la práctica, con este tipo (cuando las plaquetas polarizadas superior e inferior están dispuestas en la misma dirección) la presentación de negro perfecto se vuelve difícil debido a la fuga de luz ocasionada por las variaciones en la disposición de las moléculas de cristal líquido. Figura 11 EL ELECTRODO TRANSPARENTE A fin de generar un campo eléctrico en el cristal líquido, se suministra tensión a los electrodos superior e inferior. Si se usa metal para estos electrodos, la luz es interrumpida por este metal y no puede pasar al cristal líquido. Por lo tanto, se usa un electrodo transparente que transmite la luz para el electrodo del obturador LCD. TIPOS DE CONSTRUCCIÓN DE PANTALLA LCD TIPO NEMATIC TORCIDO (TN) Cuando las moléculas de cristal líquido se tuercen en 90° entre las plaquetas superior e inferior, la pantalla LCD se llama tipo TN (Twisted Nematic), vea el esquema de la figura 12. La mayoría de las pantallas LCD son de este tipo y presentan alto contraste (relación) aún en condiciones de baja tensión y potencia. TIPO SUPER TN (STN) Se usan en televisores LCD, monitores de 12 Figura 12 PC, teléfonos celulares, etc. Se usa un material de cristal líquido que mejora las características visuales tales como la relación de contraste. En este tipo STN las moléculas se tuercen 180° a 270° y se disponen entre los electrodos superior e inferior, figura 13. Suministrando tensión a este cristal líquido, la relación transparente de la luz cambia más bruscamente. Por lo tanto, se mejoran las características de contraste y de subida de la tensión (respuesta de la llave encendida y apagada), y así se logra una imagen más clara en pantallas más grandes. Tipo Triple STN (TSTN) / Tipo de Película STN (FSTN) Una falla del tipo STN es que los colores de pantalla durante el encendido y el apa- Colección “Club Saber Electrónica”
  15. 15. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 13 Cómo Funciona una Pantalla LCD Figura 13 gado del obturador LCD se vuelven verde amarillento y azul naval (en el tipo TN son blanco y negro). Esto es porque la luz de una longitud de onda específica se refleja y se dispersa por el espesor del panel LCD. Por lo tanto, aunque se adose un filtro de color de RGB al cristal líquido tipo STN, el verde azulado se mezcla con los colores que van del negro, gris, al blanco, y no se puede mostrar una imagen de color natural. El tipo TSTN y el FSTN han sido desarrollados como un tipo avanzado de STN. En el tipo TSTN, se usan películas compensadas ópticamente (películas de polímeros altos) entre los paneles LCD superior e inferior. Compensan el torcimiento de la luz y los colores de pantalla de verde amarillento y azul naval cambian al correcto blanco y negro, figura 14. El tipo FSTN usa una sola película compensada ópticamente. EL SISTEMA DE LA PANTALLA LCD Veremos cómo es un sistema de matriz de puntos y cómo se reliza la coloración, de modo de estar preparados para describir (en la próxima edición) el funcionamiento de un sistema matriz activa. Figura 14 Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 13
  16. 16. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 Capítulo 1 SISTEMA DE MATRIZ DE 4:40 PM Página 14 PUNTOS Las pantallas LCD tienen dos sistemas de excitación: de segmentos y de matriz de puntos. Este último se usa en las pantallas de los televisores LCD. Los elementos de imagen (pixeles) de la unidad de pantalla se disponen horizontalmente (fila X) y verticalmente (columna Y), y se pueden mostrar varias características y figuras. La figura 15 muestra una matriz de X x Y = 10 (pixeles) mostrando el carácter Y. En el sistema de matriz de puntos, al hacer más pequeño el tamaño de los pixeles y aumentando el número total de pixeles, se puede obtener una pantalla grande con caracteres finos de la imagen. Con la tecnología actual de fabricación de cristal líquido, el número de pixeles por pulgada ha alcanzado 200 ppp (puntos por pulgada, también conocido por ppi) y así se 14 pudo lograr una pantalla de muy alta definición. Además, el número de pixeles correspondiente a tamaños de pantalla más grandes se puede especificar y fabricar. Por ejemplo, el número de pixeles del panel SXGA es aproximadamente 1.300.000 (1280 x 1024 = 1.310.720 pixeles). COLORACIÓN Dado que un obturador LCD sólo deja pasar o bloquea la luz, no puede mostrar por sí solo una imagen en colores. La imagen en colores se construye mezclando los tres colores primarios (rojo, verde y azul), como en el tubo de rayos catódicos del televisor color. El panel LCD color tiene un filtro de colores adosado al panel monocromático. En el panel LCD color ejemplificado en la figura 16, controlando las tensiones y las formas de onda que se suministran a Colección “Club Saber Electrónica” Figura 15
  17. 17. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 15 Cómo Funciona una Pantalla LCD cada pixel RGB, se controla la relación de transparencia y se ajustan el matiz y el brillo. Por lo tanto, aunque el panel SXGA descripto anteriormente tiene aproximadamente 1.300.000 pixeles, en la coloración hay aproximadamente 4 millones de puntos (sub-pixeles). SISTEMAS DE EXCITACIÓN Los sistemas de excitación de la pantalla LCD se dividen en : El sistema de excitación estático, que rara vez se usa. El sistema de excitación pasivo, que se usa para imágenes detenidas, como en calculadoras y en notebook. El sistema de matriz activa, que es adecuado para la alta definición y la alta velocidad de respuesta necesaria en televisores LCD de pantalla grande. Figura 16 EL SISTEMA DE MATRIZ PASIVA En la estructura de un sistema de matriz pasiva, los electrodos Y de la dirección vertical (dirección Y) se forman en la placa de vidrio superior, y los electrodos X de la dirección horizontal (dirección X) se forman en la placa de vidrio inferior como una matriz. Las moléculas de cristal líquido quedan en el medio de estos electrodos. Suministrando tensión entre el electrodo Y y el X en secuencia, en un cierto momento, se genera un campo eléctrico en el cristal líquido donde se cruzan el electrodo Y y el electrodo X. Por lo tanto, las moléculas de cristal líquido de esta dirección de pixel (intersección de los electrodos X e Y) cambian su disposición y un obturador LCD se enciende o apaga (figuras 17 y 18). En el sistema de excitación dinámico, dado que la señal eléctrica (tensión) se suministra al electrodo Y y al electrodo X en secuencia, el número de pixeles que se encienden o apagan es X+Y (el número total de pixeles es X x Y. Por lo tanto, en comparación con el sistema de excitación estático que tiene un electrodo independiente para cada pixel, el número de electrodos del sis- Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 15
  18. 18. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 16 Capítulo 1 tema de excitación dinámico es muy pequeño. Sin embargo, con este sistema de excitación dinámico, dado que el electrodo en sí mismo es el conductor, tiene una resistencia que no se puede despreciar en pantallas grandes. Esta resistencia hace que la velocidad del obturador se vuelva más lenta. Por lo tanto, cuando se muestran imágenes en movimiento, etc. , se genera una imagen posterior. Este sistema de matriz 16 Figura 17 pasiva no es adecuado para televisores LCD de pantalla grande que requieren imágenes en movimiento y alta resolución. El sistema de matriz activa fue desarrollado a fin de superar esas fallas. EL SISTEMA DE MATRIZ ACTIVA En el sistema de matriz activa, un ele- Colección “Club Saber Electrónica” Figura 18
  19. 19. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 17 Cómo Funciona una Pantalla LCD Figura 19 mento de conmutación se conecta para cada pixel en la intersección de los electrodos X e Y de un sistema de matriz pasiva. Cada pixel ahora está controlado por el elemento de conmutación (elemento activo). Dado que la llave de cada pixel se enciende y se apaga independientemente, la velocidad de respuesta aumenta. Para el elemento de conmutación se usa el transistor de película delgada (TFT) y se conecta a la plaqueta de vidrio. La pantalla LCD que usa este TFT se llama pantalla LCD TFT. Vea en la figura 19 una ejemplificación de la estructura de un sistema de Matriz Activa. El electrodo superior de todo el diagrama se forma en la placa de vidrio superior y se llama “Electrodo Común”. En la placa de vidrio inferior se forman : un electrodo de pixel (diagrama de pixeles), TFT (elemento de conmutación) que excita a un electrodo de pixel, y un electrodo X para entrada de Compuerta y un electrodo Y para entrada de Fuente del TFT. En esta estructura el campo eléctrico se genera en el área entre el electrodo de pixel y el electrodo común, y el obturador LCD de un pixel se pone en funcionamiento. Cuando se suministra una tensión eléctrica al electrodo Y y al X del TFT, éste se enciende y las moléculas del cristal líquido funcionan como una llave de luz. Vea la figura 20 (direcciones X1 e Y0). La operación de amplificación de un transistor se usa para la llave TFT de un sistema de matriz activa, figura 21. En este sistema, la velocidad de conmutación se unifica en toda la pantalla, aumentando la velocidad de respuesta de la excitación en comparación con el sistema de matriz pasiva. Por lo tanto, la pantalla LCD TFT (sistema Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 17
  20. 20. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 18 Capítulo 1 de matriz activa) se adoptó por ser más eficiente, dado que puede proveer la velocidad de respuesta requerida para las grandes pantallas o las imágenes de movimiento rápido. No obstante, se necesita más velocidad de respuesta para la televisión LCD de alta definición. Esto se describirá posteriormente. PRIMERAS CONCLUSIONES Hasta aquí hemos visto cómo es una pantalla de cristal líquido y cómo se activa una matriz, resta explicar cómo se excita dicha matriz y qué mejoras pueden hacerse para optimizar el rendimiento del equipo, tema que veremos en la próxima edición; sin embargo, creemos conveniente dar un pequeño repaso de lo que es una pantalla de crisital líquido. LO QUE DEBE RECORDAR Una pantalla de cristal líquido o LCD (sigla 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. Se utiliza en dispositivos electrónicos alimentado con pilas, ya que utiliza cantidades muy pequeñas de energía eléctrica. Cada píxel de un LCD típicamente consiste de una capa de moléculas alineadas entre dos electrodos transparentes, y dos filtros de polarización, los ejes de transmisión de cada uno que están (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 Figura 20 18 Colección “Club Saber Electrónica”
  21. 21. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 19 Cómo Funciona una Pantalla LCD líquido es tratada a fin de ajustar las moléculas de cristal líquido en una dirección en particular. Este tratamiento suele ser normalmente aplicable 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 (uno 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 birrefringente, 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 fuerza de giro orienta 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 inci- dente 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, constituyéndose los diferentes tonos de gris. El efecto óptico de un dispositivo twisted nematic (TN) en el estado del voltaje es mucho menos dependiente de las variaciones de espesor del dispositivo que en el estado del voltaje de compensación. Debido a esto, estos dispositivos suelen usarse entre polarizadores cruzados de tal manera que parecen brillantes sin tensión (el ojo es mucho más sensible a las variaciones en el estado oscuro que en el brillante). En la figura 21 se puede observar una infografía que ejemplifica cómo se iluminan los píxeles de una pantalla LCD. LA EXCITACIÓN DEL SISTEMA DE MATRIZ ACTIVA La pantalla LCD TFT consta de una matriz de n filas de dirección X (X0 - Xn-1) y n columnas de dirección Y (Y0 - Yn-1). La línea de dirección X se llama “línea de compuerta” y la línea de dirección Y se llama “línea de datos”. Al principio, la exploración comienza desde la dirección de pixel (X0, Y0), y cuando se selecciona la dirección (X0, Yn-1) se completa la exploración de la línea X0. A continuación, se exploran en secuencia todos los pixeles desde la línea X1 hasta la línea Xn-1. La operación de selección de la Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 19
  22. 22. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 20 Capítulo 1 20 Colección “Club Saber Electrónica”
  23. 23. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 21 Cómo Funciona una Pantalla LCD Figura 21 Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 21
  24. 24. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 22 Capítulo 1 dirección de pixel se explica a continuación. Al principio, la tensión de señal se aplica a la fila X1 (compuerta del TFT), luego la tensión se aplica a la columna Y2 (fuente del TFT), y se selecciona la dirección de la intersección de X1 e Y2 y su TFT se enciende o apaga. No obstante, tan solo el encendido o el apagado del TFT no cambiará el brillo de la pantalla. El brillo de la pantalla se cambia controlando la tensión de la línea de datos (columna Y). La figura 22 muestra las caracFigura terísticas de tensión del sistema matricial. En la figura 23 la tensión de la línea de datos Y2 se suministra en la dirección positiva a un electrodo común (excitación de continua). En la práctica, se suministra una tensión alterna uniforme al electrodo común (excitación de alterna) para prolongar la vida del cristal líquido. MEJORAMIENTO DE LA TECNOLOGÍA DE LA PANTALLA LCD Veremos a continuación algunas innovaciones que contribuyen al mejoramiento de una pantalla LCD: CARACTERÍSTICAS DE LA PANTALLA LCD Ángulo de Vista: El ángulo de vista significa el rango visible normal de una pantalla. En una pantalla LCD, el ángulo de vista es 22 22 angosto en comparación con un CRT o PDP (Plasma Display Panel), figura 24. El ángulo de vista de una pantalla LCD tipo TN típica es aproximadamente 100°. Sin embargo, con la nueva tecnología mejorada que se ha desarrollado el ángulo de vista de la pantalla LCD ha aumentado hasta 160° o 170°. Este sistema mejorado se describirá posteriormente. (El ángulo de vista de un CRT o PDP es 180°). Características de Respuesta: La característica de respuesta de la pantalla LCD es la velocidad a la cual la pantalla se refresca mediante la señal de entrada (señal de datos de video). Si esta característica de respuesta de la pantalla LCD es lenta, aparecerá una imagen posterior en la pantalla. Por lo tanto, en televisores LCD de pantalla grande la mejora de esta característica de respuesta se vuelve muy importante. Colección “Club Saber Electrónica”
  25. 25. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 23 Cómo Funciona una Pantalla LCD Figura 23 Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 23
  26. 26. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 24 Capítulo 1 Figura 24 Figura 25 24 Colección “Club Saber Electrónica”
  27. 27. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 25 Cómo Funciona una Pantalla LCD Figura 26 ÁNGULO DE VISTA (TIPO TN) El principio de la penetración óptica y la intercepción del obturador LCD mediante la dirección modificada de las moléculas de cristal líquido cilíndricas controla la dirección de la luz. Por lo tanto, el brillo, el matiz y el contraste dependen de la dirección de vista de la pantalla LCD. El rango (ángulo) en el cual estas características aparecen normales se denomina “ángulo de vista”. El problema de la pantalla LCD TN es que este ángulo de vista es angosto. La figura 25 muestra que el brillo cambia según el ángulo con que se ve una imagen gris. En esta figura, la molécula de cristal líquido se inclina diagonalmente. Por lo tanto, la cantidad de penetración óptica cambiará según el ángulo cuando se observa la pantalla desde el frente o desde el costado. SISTEMA MULTI-DOMINIO La disposición de la pantalla LCD TN es direccional. En este sistema multi-dominio, un pixel se divide en dos o más dominios arreglados. La figura 26 muestra un ejemplo de sistema multi-dominio con dos dominios. La cantidad de luz por pixel desde varios ángulos se ecualiza mediante este sistema. Además, el ángulo de vista incluso se vuelve más amplio aumentando el número de divisiones. Sin embargo, la fabricación es difícil en el proceso de frotamiento. SISTEMA MVA (ALINEACIÓN VERTICAL MULTI-DOMINIO) En el sistema MVA, la película de alineación está dispuesta de modo que las molé- Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 25
  28. 28. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 26 Capítulo 1 Figura 27 culas de cristal líquido se mantienen verticales. El sistema MVA combina la alineación vertical con el sistema multi- dominio. Alineando verticalmente las moléculas de cristal líquido, se pierde la influencia de la intercepción óptica, y se mejoran el ángulo de vista y el contraste. Se usa un tipo de material que hace que las moléculas de cristal líquido se ubiquen verticales con respecto a la placa de vidrio sin aplicar tensión (cristal líquido NegaNematic). En el sistema MVA, adosando la guarda de protección mediante una resina y haciendo que las moléculas de cristal líquido se pongan en diagonal en el electrodo transparente, se construyen dominios de alineación múltiples. Por lo tanto, dado que el proceso de frotamiento puede salte- 26 arse en la producción de la película de alineación, la fabricación se vuelve más fácil en comparación con el sistema multi-dominio. Generalmente se usa un sistema PosiNematic que alinea las moléculas de cristal líquido aplicando tensión, tal como se puede observar en la figura 27. SISTEMA IPS (CONMUTACIÓN IN- PLAIN) La estructura de un sistema IPS se muestra en la figura 28. El pixel y los electrodos comunes se montan en el costado de la película transparente (transistor excitador) y el campo eléctrico se genera horizontalmente a la placa de vidrio. Con este campo eléctrico, la dirección de alineación de las Colección “Club Saber Electrónica”
  29. 29. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 27 Cómo Funciona una Pantalla LCD Figura 28 moléculas de cristal líquido gira 90° en paralelo con la placa de vidrio. En el sistema IPS, las moléculas de cristal líquido giran completamente en la dirección horizontal. Dado que las moléculas de cristal líquido no se inclinan como en el tipo TN, hay poco cambio en las características de la imagen (contraste, brillo, matiz, etc.) y el ángulo de vista se vuelve más amplio. Sin embargo, hay algunos problemas. La cantidad de luz transparente se reduce, la veloci- dad de respuesta es más lenta, y una imagen blanca se vuelve un poco azulada o amarillenta según la dirección de vista. El tipo S-IPS (Super-IPS) fue desarrollado para mejorar estos problemas. En el tipo S-IPS, la estructura del electrodo que excita a las moléculas de cristal líquido adquiere una forma de zigzag, lo cual reduce el cambio de color. Aumenta el ángulo de vista en aproximadamente 160° y tiene alta definición equivalente al TRC. Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 27
  30. 30. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 28 Capítulo 1 Figura 29 PELÍCULA COMPENSADA ÓPTICAMENTE Usando la película compensada ópticamente, se corrige el desplazamiento de fase del tipo STN de la pantalla LCD, y el ángulo de vista y el contraste mejoran. En la figura 29 se muestran tres métodos de adosar la película compensada ópticamente. Figura 30 28 SISTEMA OCB (BIRREFRINGENCIA COMPENSADA ÓPTICAMENTE) El sistema OCB combina el sistema de alineación inclinada en el cual las moléculas de cristal líquido se alinean y se inclinan entre las plaquetas superior e inferior y la película compensada ópticamente (vea la figura 30). El sistema tiene las características Colección “Club Saber Electrónica”
  31. 31. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:40 PM Página 29 Cómo Funciona una Pantalla LCD Figura 31 de ángulo de vista aumentado y menor velocidad de respuesta. Sin embargo, la alineación inclinada es difícil de uniformizar y estabilizar. MEJORA DE LA VELOCIDAD DE RESPUESTA Sistema de Impulso: A fin de reducir la Figura 32 imagen posterior y oscurecer el contorno, existe el sistema que hace que la luz trasera parpadee por cada escritura de una imagen o se inserta una imagen toda negra en el ciclo fijo. Se llama sistema de impulso. En el sistema llamado de super impulso, los datos negros se escriben cada 1/60 seg. , y se reducen la imagen posterior y los fantasmas. Cabe aclarar que con el panel LCD Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 29
  32. 32. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:41 PM Página 30 Capítulo 1 Figura 33 usual, dado que la imagen se muestra continuamente, la imagen delantera se vuelve oscura así como la imagen posterior, en el sistema de impulso (figura 31), insertando datos negros entre los datos de imagen, la imagen posterior se reduce y mejora la respuesta de alta velocidad. Sistema FFD (Excitación Directa): La velocidad de respuesta del brillo del LCD se puede mejorar agregando una característica de sobrepico a la tensión de la línea de datos. La figura 32 muestra las señales correspondientes al circuito real de sobrepico usado en el sistema de excitación digital. APÉNDICE 1: Luz Trasera Un panel LCD no emite luz en sí mismo. Para la presentación se requiere una fuente 30 luminosa, y normalmente se usan luces fluorescentes para la luz trasera del televisor LCD. La luz trasera consta de luces fluorescentes, una placa reflectora, y una lámina de difusión (o plaqueta). La figura 33 muestra la estructura y la foto de luces traseras de televisores LCD de 30V y de 15V. APÉNDICE 2: Circuito LVDS (1) Interfaz LVDS: Para transmitir la información de la señal de video, se usa una interfaz con una norma LVDS (Low Noise Differential Signalling, o sea, señalización diferencial de bajo ruido), la cual tiene el mérito de bajo ruido, alta velocidad de operación con pequeña amplitud y bajo consumo de potencia. Colección “Club Saber Electrónica”
  33. 33. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:41 PM Página 31 Cómo Funciona una Pantalla LCD Figura 34 Figura 35 El cable LVDS conecta el transmisor en el circuito excitador y el receptor en el módulo, figura 34. (2) Circuito excitador: La figura 35 muestra los diagramas en bloque de un circuito excitador de panel. La señal final de información de video se transmite al módulo del panel LCD a través de un cable LVDS. Para concluir con esta explicación, en las figuras 36, 37 y 38 se exponen los diagramas en bloque de los televisores Sanyo CLT-1583, CLT-2053 y CLT1554. Si Ud. desea conocer cómo funcionan estos equipos puede recurrir al curso brindado en el CD que acompaña a esta obra, (La Biblia del Plasma y LCD, vea la página 1 de este libro). ☺ Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 31
  34. 34. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:41 PM Página 32 Capítulo 1 Figura 36 32 Colección “Club Saber Electrónica”
  35. 35. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:41 PM Página 33 Cómo Funciona una Pantalla LCD Figura 37 Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 33
  36. 36. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:41 PM Página 34 Capítulo 1 Figura 38 34 Colección “Club Saber Electrónica”
  37. 37. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:41 PM Página 35
  38. 38. Cap 1 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:41 PM Página 36
  39. 39. Cap 2 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:53 PM Página 37 Capítulo 2 - La Televisión 3D La televisión 3D está en apogeo. Vivimos la era de las imágenes tridimensionales y a buen seguro aún no hemos llegado al cenit en este terreno. Tan sólo estamos ante la punta de un iceberg, cuya base bien podría ser las pantallas OLED 3D. Nos hallamos pues, ante un concepto de televisión totalmente distinto e innovador en donde, por una parte se ha primado la óptima visualización 3D desde cualquier punto de una sala, sin que necesariamente el espectador se encuentre frente a la pantalla, y por otra se le ha concedido un plus de funcionalidad dada su flexibilidad. La Televisión 3D se refiere a un televisor que permite visualizar imágenes en 3 dimensiones, utilizando diversas técnicas para lograr la ilusión de profundidad. Todo proceso que permite crear imágenes en 3D se conoce con el nombre de estereoscopía, y fundamentalmente se basa en el principio natural de la visión humana, en donde cada uno de nuestros ojos capta en un mismo instante una imagen ligeramente diferente a la del otro ojo, debido a la distancia que los separa. Ambas imágenes son procesadas por nuestro cerebro, permitiéndonos observar el mundo en 3D, tal como lo conocemos. ¿CÓMO HACE LA TECNOLOGÍA 3D PARA QUE UN OBJETO EN UNA PANTALLA SE VEA CON SENSACIÓN DE PROFUNDIDAD? Todo tiene que ver con la forma en que nos centramos en los objetos cuando los miramos. Vemos las cosas porque nuestros ojos absorben la luz reflejada por los objetos. Nuestro cerebro interpreta la luz y crea una imagen en nuestras mentes. Cuando un objeto está muy lejos, la luz que viaja a uno de los ojos es paralela a la luz que viaja en el otro ojo. Pero a medida que el objeto se acerca, las líneas ya no son paralelas “ellas convergen en los ojos y con un ligero cambio para compensar”. Para que entienda, cuando acerca un dedo a su nariz, los ojos se ponen bizcos para poder ver dicho dedo. “Todo es cuestión de enfoque”. Cuando se enfoca en un objeto, el cerebro tiene en cuenta el esfuerzo necesario para ajustar los ojos para concentrarse en Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 37
  40. 40. Cap 2 - Func LCD.qxd 3/7/12 Capítulo 2 4:53 PM Página 38 ella, y cómo deben converger los ojos. En conjunto, esta información nos permite estimar cuan lejos está un objeto. Si sus ojos tienen que converger lo suficiente, entonces es lógico que el objeto está cerca de Ud. El secreto de la televisión y las películas en 3D es que al mostrar a cada ojo la misma imagen en dos posiciones diferentes, puede hacer que su cerebro interprete que lo que está viendo tiene profundidad. Pero también significa que los puntos de enfoque y convergencia no coincide con la manera que lo hacen con objetos reales. Es decir, los ojos pueden converger a dos imágenes que parecen estar a diferentes distancias cuando en realidad se trata de dos imágenes que están en una pantalla. Es por eso que usted queda con la vista cansada cuando ve un montón de películas 3D en una sola sesión. Ahora bien, como Ud. está mirando dos imágenes que parecen ser una sola, el secreto está entonces en las lentes que usa para “engañar al cerebro” ya que un ojo debe ver una imagen y el otro ojo debe ver la otra que interpretará como que está a otra distancia. Lo más sencillo es utilizar anteojos que poseen lentes de color diferente para cada ojo y que sea complementarios de modo que cada uno perciba solo una imagen de las que está en la pantalla. Los dos colores más comunes son el rojo y el azul. Si mira la pantalla sin las lentes, verá que hay dos conjuntos de imágenes ligeramente desplazadas una de otra, figura 1. Una tendrá un tinte azul en el mismo y el otro un tinte rojizo. Si se pone las lentes, verá una imagen única que parece tener profundidad. La lente roja absorbe toda la luz roja que 38 viene de la pantalla, cancelando las imágenes rojizas. La lente azul hace lo mismo con las imágenes de color azul. El ojo detrás del lente de color rojo sólo podrá ver las imágenes de color azul, mientras que el ojo detrás de la azul ve la roja. Debido a que cada ojo sólo puede ver un conjunto de imágenes, el cerebro interpreta que esto significa que ambos ojos están viendo el mismo objeto. Pero sus ojos están convergiendo en un punto que es diferente desde el punto de referencia (el objetivo será siempre la pantalla del televisor). Esto es lo que crea la ilusión de profundidad. Pero esto es sólo el comienzo… simplemente para que Ud. sepa qué es la televisión 3D, veremos ahora conceptos teóricos que llevan a la transmisión de una imagen 3D y cómo mejoramos ciertos aspectos como “el cansancio en la vista” mediante el empleo de lentes activos. INTRODUCCIÓN AL 3D En sus orígenes, las películas en 3D (como hoy las conocemos) eran filmadas utilizando Figura 1 - Imagen 3D vista sin lentes Colección “Club Saber Electrónica”
  41. 41. Cap 2 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:53 PM Página 39 La Televisión 3D dos cámaras individuales. Luego, la aparición de nuevas cámaras duales (doble sistema óptico) permitió que en la actualidad se pueda obtener el mismo resultado con una cámara única. Los dos puntos de vista que ofrecen los sistemas ópticos integrados permiten simular las diferentes perspectivas de los ojos izquierdo y derecho. Como vimos al comienzo, existen diversos tipos de lentes 3D en el mercado. Por un lado la típicas lentes de dos colores, conocidas como anaglíficas y por otro las lentes activas. Las películas en 3D, como Avatar, que los espectadores han podido disfrutar en las salas se visualizan generalmente con lentes pasivas, mientras que la nueva televisión en 3D requiere de lentes activas. ¿Qué diferencias hay entre unas y otras? Las primeras lentes para poder ver en 3D fueron las lentes anaglíficas, los típicos anteojos con lentes de dos colores distintos. Esta diferencia en la coloración de las lentes sirve para filtrar de manera distinta los colores que reciben los ojos. Como explica un técnico de Sony durante la presentación de la televisión en 3D, "en realidad no tendrían porque ser siempre rojo y verde, pues lo verdaderamente importante es que los colores sean completamente opuestos dentro de la rueda cromática". De este modo, podría ser que una lente fuera color amarilla y la otra morada, o una azul y otra naranja. Con la evolución de la tecnología y la mejora de la calidad de las imágenes tridimensionales ha llevado igualmente al desarrollo de nuevos sistemas de visualización. Es el caso de las lentes polarizadas. En el cine dos proyectores polarizan la luz desde un ángulo distinto para cada ojo, de modo que las lentes decodifican estas imágenes para proporcionar más calidad. El problema es que este sistema no puede aplicarse a los televisores, pues el filtro incorporado en la parte frontal de la pantalla solo permite la reproducción de la mitad del contenido y el brillo. Además, como apuntan desde Panasonic, "otras de las desventajas de este formato es el limitado ángulo de visualización, ya que los usuarios deben mantener la cabeza erguida para evitar la fatiga visual que ocasionan el doble contorneo." Los diversos fabricantes de los actuales televisores 3D adoptan, casi todos, un enfoque diferente en el diseño de sus equipos, pero el trabajo de la mayoría de estos equipos se basa en mostrar de manera alternada y rápida una versión "izquierda" y otra "derecha" de una misma imagen en la pantalla. Lo complejo del sistema aparece cuando se debe conseguir la imagen correcta para el ojo correcto. Ahí es donde las nuevas lentes 3D para televisión hacen su aparición. Los cristales utilizados en las lentes para la televisión 3D son mucho más avanzados que los acostumbrados a ver en las salas de cine. En realidad estas lentes son inalámbricas (a baterías), es decir, son lentes de cristal líquido "activo". El equipo (el TV) envía una señal infrarroja a las lentes y los cristales se oscurecen en forma alternativa bloqueando las imágenes (izquierda o derecha) en sincronía con el televisor. Así que sólo el ojo derecho ve la imagen de la derecha y sólo el ojo izquierdo ve la imagen de la izquierda. En palabras sencillas: las lentes le permiten a cada ojo ver la imagen que le corresponde. Luego, el cerebro combina las dos imágenes en un “todo”, al igual que lo Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 39
  42. 42. Cap 2 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:53 PM Página 40 Capítulo 2 hace todos los días con los puntos de vista ligeramente diferentes que se obtienen con los ojos derecho e izquierdo. De este modo, nuestro cerebro interpreta una imagen tridimensional. Es decir, las lentes tienen un sensor infrarrojo que sincroniza las imágenes que se alternan en la pantalla de modo que el ojo izquierdo solo ve la perspectiva izquierda y el derecho la derecha. En realidad el sensor infrarrojo simplemente sincroniza la imagen que debe visualizarse para cada ojo, los verdaderos causantes de la visualización o no de la imagen son los cristales LCD que contienen las lentes y el obturador activo que alterna rápidamente las imágenes en la pantalla. El parpadeo y cambio de imagen de uno a otro ojo se produce a tal velocidad que el cerebro no consigue darse cuenta del cambio y lo interpreta como una única imagen tridimensional. El precio de esta tecnología de lentes activas todavía es muy alto y puede rondar los 200 dólares americanos. PRINCIPIOS FÍSICOS DE LA VISIÓN 3D El sistema visual humano es un sistema binocular, es decir, disponemos de dos sensores (ojos) que, debido a su separación horizontal, reciben dos imágenes de una misma escena con puntos de vista diferentes. Mediante estas dos vistas el cerebro crea una sensación espacial. A este tipo de visión se le llama visión estereoscópica, en la que intervienen diversos fenómenos. Cuando observamos objetos muy lejanos, los ejes ópticos de los ojos son paralelos. 40 Figura 2 - Pantalla 3D: La sensación que dan estos monitores es que la imagen "sale de la pantalla". Cuando observamos un objeto cercano, los ojos se mueven para que los ejes ópticos estén alineados sobre el mismo, es decir, convergen. Asimismo, se produce el enfoque para ver nítidamente el objeto. Al conjunto de este proceso se le llama fusión. Un factor que interviene directamente en esta capacidad es la separación interocular. A mayor separación entre los ojos, mayor es la distancia a la que apreciamos el efecto de relieve. Para visualizar correctamente un contenido 3D, figura 2, es necesario: Evitar la sensación de mareo. El usuario no debe tener que hacer un esfuerzo para adaptarse a la sensación 3D, sino que esta sensación tiene que ser natural. La sensación 3D debe ser nítida y constante a lo largo de todas las figuras y especialmente en los contornos de los objetos. El sistema debe ser lo más independiente posible del ángulo de visión del usuario. Colección “Club Saber Electrónica”
  43. 43. Cap 2 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:53 PM Página 41 La Televisión 3D EVOLUCIÓN Los pioneros en el estudio de la estereoscopia fueron Euclides y Leonardo da Vinci, que ya en su época observaron y estudiaron el fenómeno de la visión binocular. Pero para encontrar el primer dispositivo hay que remontarse al año 1838, cuando el físico escocés Sir Charles Wheatstone construyó un aparato con el que se podía apreciar el fenómeno de la visión estereoscópica. Ya en los años 50 se intentó la explotación comercial de películas 3D, pero dada la mala calidad de los contenidos no tuvo mucho impacto. Fue en los años 80 cuando se consiguieron resultados más espectaculares, con sistemas de gran formato de película, como el del IMAX, que consiguen imágenes de alta resolución en grandes pantallas. Así pues, la imagen tridimensional en movimiento no es novedad de ahora, y ya en los cines antiguos se proyectaban algunas películas tridimensionales que funcionaban emitiendo dos películas diferentes, cada una con un tinte de diferente color. Al ponernos unas lentes de estos colores (una en cada ojo), cada ojo veía una parte de la película, dejando "invisible" la otra, por lo que se obtenía una visión estereoscópica, dando sensación de profundidad. Con el avance de la tecnología, la técnica se fue perfeccionando, creando sistemas que hacían más o menos lo mismo, pero mejor. Así, existen lentes con polarización vertical en un ojo y horizontal en el otro que obtienen un efecto más real que con la polarización por colores. Sin embargo, estos sistemas no son cómodos ni prácticos, de manera que con la aparición de nuevas técnicas se ha logrado obtener pantallas que transmiten la sensación de profundidad sin necesidad de ningún complemento visual. DESCRIPCIÓN Una pantalla 3D es capaz de transmitir diferente información en cada ojo, consiguiendo así el efecto estereoscópico que a su vez, consigue el efecto de profundidad de la imagen. Este efecto se puede conseguir de dos maneras, mediante el uso de lentes (sistemas estereoscópicos) y sin ningún tipo de accesorio (sistemas autoestereoscópicos). SISTEMAS ESTEREOSCÓPICOS Este tipo de sistemas necesitan el uso de lentes para una correcta visualización. Su funcionamiento se basa en que se emiten dos imágenes diferentes (captadas con una cámara esteroscópica), y cada ojo capta una mediante las lentes, para así tener una sensación de profundidad. A continuación veremos los diferentes tipos de lentes: Anaglifos: los anaglifos son las lentes con un cristal de cada color que todo el mundo asocia al cine en 3D. Es el método más conocido, y también el primero en ser utilizado no sólo de forma anecdótica. Lentes polarizadas: son lentes con un cristal polarizado horizontalmente y otro verticalmente, mientras que en la pantalla se proyectan las dos imágenes, una polarizada de cada manera. Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 41
  44. 44. Cap 2 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:53 PM Capítulo 2 Página 42 Lentes activas: lo que permite que se pueda utilizar en casa es que en lugar de proyectarse imágenes con luz polarizada, se exponen alternativamente las dos imágenes. Para poder enviar una diferente a cada ojo del espectador lleva unas lentes con un obturador de cristal líquido (LCS), de forma sincronizada con la pantalla, las lentes hacen que las lentes sean transparentes u opacas, en función de la imagen que está proyectando. SISTEMAS AUTOESTEREOSCÓPICOS selectivamente para que cada imagen vaya en el ojo que le corresponde, figura 3. El problema se presenta cuando los ojos del usuario cambian de posición, es decir, cuando se cambia el ángulo de visión. Para evitar este efecto algunas compañías que están investigando sobre esta tecnología optan por hacer que sólo una posición sea la correcta para poder apreciar el efecto tridimensional, mientras que otros incorporan un detector de posición de los ojos del observador para que el efecto sea válido aunque se mire con un ángulo respecto a la perpendicular de la pantalla. CÓMO AUMENTAR EL NÚMERO DE VISTAS Los displays 3D que se utilizan para realizar la representación de los contenidos 3D pueden ser divididos según la técnica Una pantalla 3D es un sistema multivisión. empleada para dirigir las vistas izquierda y Los sistemas multivisión son reconocidos derecha en el ojo apropiado: unos necesi- generalmente por proporcionar una reprotan dispositivos ópticos cerca de los ojos, y ducción superior de la imagen 3D porque la por el contrario, otros tienen este proceso imagen visible cambia con el punto de vista integrado en el mismo display. del observador en relación a la pantalla. Estos últimos, de visión libre (free-viewing o Con tal de exagerar la sensación de profunFTV), son los llamados autoestereoscópicos. El hecho de que el usuario no necesite incorporar ningún elemento hace que estos despierten un gran interés. En síntesis, los sistemas autoestereoscópicos persiguen que se pueda ver una imagen en 3 dimensiones sin que sea necesario el uso de anteojos. Se trata de conseguir que la pantalla emita una imagen para el ojo Figura 3 - La barrera de paralaje consiste en una izquierdo y otra por el derecho, y esto rejilla vertical fina puesta delante de una imagen se realiza mediante una barrera de especialmente diseñada. Cada abertura actúa como una ventana a un fragmento de la imagen. paralaje que interrumpe el haz de luz 42 Colección “Club Saber Electrónica”
  45. 45. Cap 2 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:53 PM Página 43 La Televisión 3D didad en imágenes estereoscópicas 3D, es posible aumentar el número de vistas, de modo que la imagen pueda ser observada desde varias posiciones. Sin embargo, el problema radica en que un aumento del número de vistas provoca una pérdida de resolución, dado que el número de píxeles que se pueden colocar en una pantalla de cristal líquido es limitado. Las pantallas convencionales multivisión emplean en general tres lentes lenticulares diseñadas para cubrir un ancho de visión de 62 a 65 mm, una distancia equivalente a la separación media entre ojos de una persona. Sin embargo, estas pantallas 3D aún presentan algunos problemas relacionados con los siguientes aspectos: humano a la pérdida de resolución en la dirección horizontal. Al minimizar la degradación de la resolución horizontal del píxel, se mejora la calidad de la imagen para ofrecer a los espectadores imágenes 3D de mayor definición y más vivas. Zona de visión: Las imágenes en las pantallas 3D comunes diseñadas con un ancho de visión de 62 a 65 mm pueden aparecer incorrectas y resultar incómodas a menos que se vean de frente y desde una determinada distancia, ya que los ojos pueden detectar una imagen 2D en algunas partes de la pantalla. Es por este motivo que actualmente se trabaja en optimizar el ancho de visión para que se reduzca la aparición de imágenes 2D y permita que las imágenes 3D puedan visualizarse con un campo de visión más amplio. Existen varios tipos de tecnologías, algunas ya disponibles comercialmente, las más comunes son las siguientes: Pérdida de resolución: Para resolver el problema de la pérdida de resolución en las pantallas multivisión se puede utilizar una tecnología de procesamiento de imágenes llamada step 3D pixel array (mejora de la formación de píxeles 3D), actualmente ya probada por algunas compañías. Esta técnica tiene en cuenta la sensibilidad del ojo El efecto tridimensional presenta todavía poca estabilidad (depende de la posición del espectador) y la resolución de la imagen es escasa. La captación directa de la imagen real con este sistema requeriría un dispositivo multicámara, y este es un tema de investigación actual. TECNOLOGÍAS EXISTENTES Displays autoestereoscópicos o de paralaje: son pantallas de ordenador similares a las tradicionales, en las que no es necesario el uso de lentes polarizantes o filtros de colores. Algunos sistemas disponen de obturadores selectivos que muestran sólo las columnas de píxeles que corresponden a la imagen de uno de los ojos, obturando las que corresponden al otro, para la posición de la cabeza del usuario. Por ello suelen estar asociados a sistemas de seguimiento de la cabeza por infrarrojos. Displays volumétricos: son sistemas que presentan la información en un determinado volumen. Al igual que una pantalla de TV es capaz de iluminar selectivamente todos y cada uno de los píxeles de su superficie, un Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 43
  46. 46. Cap 2 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:53 PM Página 44 Capítulo 2 display volumétrico es capaz de iluminar todos los píxeles en 3D que componen su volumen. Hay tres tipos principales: (como mínimo dos). En este caso, la única forma de dar una sensación 3D consiste en hacer una distribución espacial de las distintas vistas. Algunos de los métodos más destacados son: Espejo varifocal: Una membrana espejada oscila convirtiéndose en un espejo de distancia focal variable que refleja la imagen de una pantalla. Sincronizando la imagen que se muestra en la pantalla con la potencia óptica del espejo se puede barrer cualquier punto de un volumen determinado. Un sistema bastante experimental todavía Electroholográficos: Estos displays, actualmente en fase de investigación, pueden grabar y reproducir las propiedades de las ondas de luz (amplitud, longitud de onda y fase). Este proceso, en caso de realizarse de forma perfecta, sería el ideal para sistemas de visión libre 3D. Volumen emisivo: Un determinado volumen ocupado por un medio capaz de emitir luz en cualquier parte de su interior como resultado de una excitación externa, por ejemplo mediante láser de diferentes longitudes de onda. Muy experimental, la gran dificultad es encontrar el material apropiado. Volumétricos: Estos displays crean la sensación de inmersión proyectando la información 3D dentro de un volumen. Estos sistemas típicamente presentan problemas de resolución además de necesitar mucho ancho de banda. Este tipo de displays actualmente se encuentra en fase de investigación. Pantalla rotativa: Una pantalla plana gira a una velocidad de alrededor de 600 rpm. Para cada uno de un conjunto predeterminado de posiciones angulares de la misma un sistema espejos proyecta sobre ella la imagen del objeto tal como corresponde a la perspectiva asociada a dicho ángulo. El resultado final es la imagen 3D de un objeto que podemos ver desde 360 grados. Multiplexado por direccionamiento: Se aplican efectos ópticos como la difracción, refracción, reflexión y oclusión para redirigir la luz emitida por los píxeles de distintas vistas al ojo apropiado. Existen diversos tipos, pero los más destacados (debido a que están más desarrollados tecnológicamente) son los basados en la refracción y en oclusión. MÉTODOS DE DISTRIBUCIÓN ESPACIAL PARA DAR SENSACIÓN DE 3D La mayoría de los monitores free-viewing producen un limitado número de vistas 44 Oclusión: Debido al efecto parallax (paralaje), partes de la imagen son ocultadas a un ojo y visibles para el otro. Existen diversos tipos dependiendo del número de hendiduras y de la posición de colocación de la barrera, que puede estar enfrente o detrás de la pantalla. Colección “Club Saber Electrónica”
  47. 47. Cap 2 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:53 PM Página 45 La Televisión 3D LOS SMART TV Figura 4 - La barrera de parallax es la encargada de redirigir los haces de luz al ojo en forma adecuada. Las pantallas con barrera de parallax detrás del display ya se pueden encontrar en el mercado en monitores tanto de PC como de portátiles. Como se observa en la figura 4, la barrera de parallax es la encargada de redirigir los haces de luz (y no la imagen en sí), al ojo adecuado. El problema que tiene este tipo de displays es que la posición de visualización es muy estricta siendo posible su uso sólo para una persona. En los últimos tiempos las industrias como la cinematográfica y la de videojuegos, han incrementado la demanda de sistemas 3D que proporcionan un nivel de emoción superior al que ofrecen las imágenes bidimensionales. Las pantallas convencionales de 3D no están a la altura de esta demanda, debido a las limitaciones mencionadas en el campo de visión y a la baja resolución que ofrecen. Básicamente el concepto de smart TV es que “se tenga todo en el TV”. Smart TV es un término usado tecnológicamente para definir un Televisor de alta definición que posee, además, conexión de banda ancha a Internet, web-widgets, aplicaciones de escritorio de usuario común y combina TV, tecnologías de smartphones, aplicaciones y conectividad a Internet, todo en uno. Smart TV no solamente se refiere a Televisores, sino a una amplia gama de “dispositivos integrados convergentes” como Reproductores táctiles para el vehículo, consolas de juego, reproductores de Blu-Ray, etc. Hace unos años que se está desarrollando la tecnología que utilizan los Smart TV, aunque anteriormente eran llamados “Internet TV”. Esto desconcertaba a los consumidores, que creían que se podía navegar desde el televisor, pero en realidad solo se podía tener acceso a determinadas aplicaciones y contenidos limitados. Actualmente, los nuevos productos cuentan con un navegador que permite un rápido acceso a Internet, de la misma manera que se hace desde una computadora. La principal ventaja y objetivo de esta nueva tecnología, es combinar las dos herramientas más usadas actualmente: la televisión y el acceso a Internet. De esta manera, los Smart TV permitirán compartir información a través de Redes Sociales, buscar contenido en la web, acceder a la programación de distintos canales o descargar películas, y todo con la calidad y definición Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 45
  48. 48. Cap 2 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:53 PM Página 46 Capítulo 2 46 Colección “Club Saber Electrónica”
  49. 49. Cap 2 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:53 PM Página 47 La Televisión 3D Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 47
  50. 50. Cap 2 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:53 PM Página 48 Capítulo 2 de imagen que ofrece una pantalla LCD. Y por si todo esto fuera poco también los televisores que tienen compatibilidad con el patrón DLNA pueden acceder a sitios como YouTube con conexión Wi-Fi o Ethernet. LG Electronics expuso el ST600 Smart TV Upgrader, figura 5. Éste es un dispositivo con la forma de una caja cuadrada de 11 centímetros de lado, con control remoto, que permite el acceso a Internet utilizando televisores con compatibilidad DLNA. Este "servicio" era conocido como NetCast y era compatible solamente con televisores que tenían incorporada la tecnología ST600. Casi todo televisor o monitor lanzado después del año 2003 seguramente tiene la entrada necesaria para poder conectar el adaptador Smart TV Upgrader. De esta forma LG puede proporcionar contenido online a través del servicio para aquellos usuarios que no quieren comprar un nuevo televisor o monitor para poder disfrutar de esta tecnología. La conexión se realiza a través de Wi-Fi o Ethernet. Con solo conectar el cable de Internet al aparato o conectarse a través de una red inalámbrica se podrá navegar en sitios como YouTube, redes sociales, etc. Lo que hay dentro de un Smart TV depende del fabricante. Samsung, Sony LG y Panasonic son las que actualmente están más dedicadas a fabricar Smart TVs, figura 6. Sony a apostado por asociarse con Intel, para desarrollar “pequeñas computadoras” basadas en el chipset Atom + Nvidia Ion imbuidas en el chasis del Televisor (técnicamente, estás adquiriendo un computador “portátil” con una pantalla de 36 pulgadas); mientras 48 Figura 5 - El ST600 Smart TV Upgrader de LG. tanto, Samsung apuesta por su propia tecnología de CPUs ARM Cortex, LG trabaja con tecnologías híbridas basadas en su experiencia con smartphones. EL SISTEMA OPERATIVO DE LOS SMART TV No todo es tan simple, por ser lindo y vistoso. Los que pensaban que los televisores HD 3D smart TV del mercado venían con alguna versión de Microsoft Windows 7 TV premium plus platinum (o hablando seriamente, Microsoft IPTV Mediaroom, como ciertamente lo llaman), pues estaban equivocados… Veamos que tipo de SO emplean los principales fabricantes: LG: Una Linux Box corriendo XBMC modifi- Figura 6 - El concepto de TV inteligente. Colección “Club Saber Electrónica”
  51. 51. Cap 2 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:53 PM Página 49 La Televisión 3D cado (XBox Media Center, aplicación hecha en python GPL y que corre encima del S.O. de las Xbox 360). Sony: Sony apuesta por Google TV (una versión modificada de Linux Android OS corriendo en x86 Atom). Samsung: corre una versión “nativa” de Google Android, basada en HoneyComb, pero ya hay rumores de una versión “TV” de su sistema operativo Bada. Logitech: Emplea su línea “revue” que son PC-box adaptables al TV HD, apuestan por Google Android HoneyComb. Linux Foundation ha anunciado la creación de la “Smart TV working group” un grupo dedicado a estandarizar el uso de Meego y otras versiones de Linux en sistemas embebidos de Televisión digital inteligente, empresas como Intel, Nokia o Sigma apoyan este grupo de desarrollo. Pero está todo en pañales… El verdadero desarrollo de la televisión se dará en un par de años, cuando cada aparato permita mezclar las imágenes de una película, por ejemplo, con las imágenes del lugar donde esté el televisor y captadas con cámaras que vendrán con el TV. De esta manera, cada señal que vea el televidente dependerá de qué cosas tenga en su ambiente, si se está moviendo, si ingresa una persona en el recinto, etc. LOS TELEVISORES 3D Si bien la televisión comercial en 3D es relativamente nueva, las técnicas de visualización estereoscópicas son tan antiguas como los orígenes de la fotografía. Las imágenes de video proyectadas por un televisor en 3D (así como otros sistemas estereoscópicos como el Cine 3D), son creadas con el mismo principio: una escena es capturada a través de 2 cámaras ligeramente separadas, y luego es proyectada, utilizando lentes especiales de manera que cada imagen sólo sea vista por uno de nuestros ojos. Continuamos desarrollando el tema “Televisión 3D”, explicando las técnicas que emplean los televisores con esta tecnología. Vamos a hacer un breve repaso de lo visto hasta ahora. En la industria del 3D existen dos grandes categorías de lentes 3D: los pasivos y los activos. Los anaglifos fueron durante décadas los lentes pasivos más populares. Los lentes anaglifos utilizan filtros de color (rojo-azul, rojo-verde o bien ámbar-azul) que permiten visualizar imágenes distintas en cada ojo, dando así un efecto de profundidad relativamente convincente. Hoy en día se utilizan lentes pasivos polarizados, principalmente en salas de cine 3D. Estos lentes filtran las ondas de luz provenientes desde diversos ángulos de la pantalla, permitiendo que cada ojo por separado reciba sólo la imagen polarizada que le corresponde. Estos lentes fueron inmediatamente más populares que los anaglifos debido a que no utilizan filtros de color que pudiesen distorsionar el color original de la imagen. Los lentes activos utilizan tecnología de cristal líquido LCD, y son un componente fundamental. Éstos poseen sensores infrarrojos (IR) que permiten conectarse de manera inalámbrica con el televisor 3D. En este sistema, las dos imágenes no se muestran al mismo tiempo, sino que se encienden y apagan a alta velocidad. Los lentes de cristal líquido se van alternando entre un modo Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 49
  52. 52. Cap 2 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:53 PM Página 50 Capítulo 2 "transparente" y un modo "opaco" al mismo tiempo que las imágenes se alternan en la pantalla, es decir, el ojo izquierdo se bloquea cuando la imagen del ojo derecho aparece en la televisión y viceversa. Esto ocurre tan rápido que nuestra mente no puede detectar el parpadeo de los lentes. Una manera sencilla de ver TV en estereoscopía o pseudoscopía, a través del control del recorrido de la energía electromagnética en el espacio, es por medio de la tecnología VUTSI (Visor Universal Tridimensional de Secuencia de Imágenes) descubierta por el Científico Militar Boliviano, Ing. Rigoberto Mendizábal Márquez ,el 05 de julio de 2001. Este sistema aprovecha el intervalo de tiempo entre el instante actual de la observación de una secuencia frente a la previa, donde el sistema hace que se observe al mismo tiempo. Cabe especificar que mientras se ve la secuencia actual con un ojo, con el otro podemos ver la secuencia anterior, siendo posible ver en tres dimensiones real o 50 Figura 7 - Televisión 3D utilizando anaglifos, que son unas lentes fáciles de construir. Figura 8 - Televisión 3D mediante el empleo de lentes activas (polarizadas). Colección “Club Saber Electrónica”
  53. 53. Cap 2 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:53 PM Página 51 La Televisión 3D invertida, dependiendo de la dirección del recorrido de la cámara filmadora o movimiento de los objetos que son capturados por UNA sola cámara. No obteniendo ningún resultado, si la cámara y los objetos quedan estáticos. Ésta es una opción interesante para todos los televidentes que no tienen los recursos necesarios para adquirir TV LCD o PLASMA 3D, mas sus lentes específicos, en función a la tecnología que usan. Es posible el uso del VUTSI en proyecciones de películas normales en salas de CINE, en juegos de PC y en vídeos caseros, sin que precisen edi- ción alguna, para lo cual se recomienda que las secuencias de imágenes sean de alta calidad para obtener mejores resultados. TIPOS DE TELEVISORES 3D Las figuras 7, 8 y 9, de Online Schools, resumen básicamente 3 de los métodos utilizados en la estereoscopía: Anaglífos (figura 7), utilizando unas gafas que son fácil de construir; Lentes Polarizados, como las utilizados en NVIDIA 3D Vision o en el cine con RealD (figura 8) y Parallax Barrier (figura 3), un método empleado por algunos fabricantes televisiones 3d como la tecnología WOWvx 3D de Philips. TELEVISIÓN AUTOESTEREOSCÓPICA Figura 9 - Televisión 3D sin el empleo de lentes. La televisión autoestereoscópica se considera una mejora respecto al sistema anterior y permite ver la TV en 3D sin necesidad de lentes. Además de representar la información de profundidad permite la selección arbitraria del punto de vista y dirección dentro de la escena. De esta manera, un cambio de posición del espectador afecta a Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 51
  54. 54. Cap 2 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:53 PM Página 52 Capítulo 2 la imagen que éste observa. La sensación es que la escena gira con el movimiento del observador. Este fenómeno se conoce como Free viewpoint (punto de vista libre) y estos están limitados actualmente a 8 por cuestiones tecnológicas. Cada Free Viewpoint requiere dos imágenes (una por cada ojo) lo que hace que para los 8 puntos de vista se necesiten Figura 10 - El Free viewpint permite que hayan más especmostrar 9 imágenes a la tadores y que cada uno tenga una visión diferente. vez, diferentes en el plano EL SISTEMA WOWVX horizontal, lo que quiere decir que la pantalla tendrá que tener una resolución mucho Philips fue la primera empresa en fabricar mayor que la HDTV. Se resuelve también el problema de la cantidad de espectadores un televisor autoestereoscópico. El televisor porque puede haber más de uno, ya que WOWvx1 de 42 pulgadas tiene un ángulo de no es necesario localizarlos en posiciones visión de 160 grados y una resolución de preestablecidas. El principal cambio es la 3840x2160 píxeles. Además es capaz de utilización de microlentes que permiten con- representar 9 imágenes a la vez. WOWvx es trolar la difracción de los haces de luz, figura un tipo de monitor y herramientas de soft10. También permiten mantener el modo de ware fabricado por Philips, que ofrece imágenes en 3D sin lentes para varios espectados dimensiones. Tener diferentes puntos de vista significa dores a la vez. Philips vende pantallas de incrementar el número de imágenes mos- este tipo para publicidad, entretenimiento y tradas a la vez. Esto quiere decir que el visualización 3D. Utiliza el formato de 3D llamonitor debe tener una resolución 4 veces mado "2D-plus-depth" que tiene una profunmayor que la resolución estándar (SDTV) y didad de un mapa de escala de grises al soportar corrientes de vídeo de millones de lado de cada cuadro 2D. Philips inició un sitio web de la comunidad WOWvx donde se bytes por segundo. Además, la utilización de lentes delante pueden descargar muestras de animaciode la pantalla puede suponer una pérdida nes y películas en 3D. Cabe aclarar que de brillo, contraste y color si no se aplica un Philips suspendió las ventas y la producción sistema de control de calidad riguroso al de la pantalla 3D de 42 pulgadas (modelo 423D6W02, figura 11) en marzo de 2009 conjunto de microlentes. 52 Colección “Club Saber Electrónica”
  55. 55. Cap 2 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:53 PM Página 53 La Televisión 3D Se cree que el principal objetivo al detener la producción y ventas es llegar a una gama estándar de la industria para la codificación y entrega de contenido 3D para televisión. TECNOLOGÍA Figura 11 - Televisor WOWvx autoestereoscópico de Philips. debido a la recesión mundial (sin embargo la versión oficial es que la empresa considera que otra guerra de formatos es contraproducente y desastrosa para el mercado) y a la fecha de editar esta nota no se tenía información sobre la continuidad de otros proyectos similares por parte de la empresa. DE LENTES MULTIVISTA Otro tipo de TV autoestereoscópica es la que utiliza la tecnología llamada de Lentes Multivista. Consiste en una matriz de lentes transparentes y cilíndricas dispuestas sobre la pantalla del TV. Este sistema puede influir en el contraste y brillo que el TV es capaz de proporcionar. Mientras que con un ojo percibimos una parte de la pantalla, con el otro, que está en otro ángulo distinto con respecto a la pantalla, veremos otra parte distinta de imagen dirigida hacia este ojo en concreto. En este sistema, cada píxel visionado es una lente, que a su vez está dividida en sub-pixeles. El efecto 3D se consigue cuando la información de cada sub-pixel de esta lente se envía en una dirección diferente, figura 12. MATRIZ Figura 12 - Cada lente semicircular refracta la información de cada subpíxel en una dirección diferente. DE LENTES Una característica de los televisores 3D es la diferencia entre la resolución del píxel y la profundidad. En una escena en 3D, los píxeles que en 2D contribuyen a una resolución también se utilizan para mostrar la profundidad. Si el conjunto de lentes se posi- Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 53
  56. 56. Cap 2 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:53 PM Página 54 Capítulo 2 cionan de forma vertical encima de la pantalla, la resolución horizontal disminuirá en un factor igual al número de imágenes mostradas a la vez. Por ejemplo, un televisor que muestre 9 imágenes a la vez y con lentes colocadas de forma vertical, su resolución horizontal será 9 veces inferior a la vertical y causará un desequilibrio en la relación de aspecto del píxel. Este problema se soluciona inclinando las lentes con un patrón repetitivo como el mostrado en la figura 13, de esta manera se disminuye la resolución horizontal y vertical en un factor de tres, haciendo que se mantenga en cada píxel una relación cuadrada. El efecto que se percibe es que algunos píxeles se repiten horizontalmente. La inclinación de las lentes hace que, mientras que se cambia de punto de vista, se intercale una visión poco coherente e incorrecta. De todas formas, este método es necesario para no ver zonas con sitios vacíos. 2D & 3D DUAL MODE (COMPATIBILIDAD ENTRE EL MODO 2D Y 1) Aplicando un procesado a la señal de vídeo. Sabiendo las características ópticas de las lentes, el contenido de la señal 3D) Los televisores autoestereoscópicos permiten ver contenidos 2D y 3D sobre la misma pantalla. Conociendo el contenido visual a reproducir se realiza el cambio de modo. En el modo 3D cada lente refracta el frente de onda hacia una dirección diferente, provocando el efecto 3D. En el modo 2D el efecto de las lentes se puede eliminar de dos maneras: 54 Figura 13 - Patrón de repeticiones. Figura 14 - Para que un televisor permita ver TV normal (2D) y 3D, las lentes de cristal líquido permiten cambiar el ángulo de refracción de la luz incidente. En el momento que aplicamos una carga sobre éstas eliminamos su efecto. Colección “Club Saber Electrónica”
  57. 57. Cap 2 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:53 PM Página 55 La Televisión 3D tado se consigue que no refracte la luz que pasa a través de él, figura 14. CREACIÓN DE CONTENIDOS 3D Para aprovechar el método de representación de los televisores 3D se requieren nuevas metodoFigura 15 - En una grabación con multicámara se colocan las cámaras alrededor de la escena a grabar. logías a la hora de grabar contenidos visuales. Se trata de captar puede ser redistribuido en los sub-píxeles más información de la que podemos captar para cancelar el efecto de las lentes. únicamente con una cámara. Los métodos utilizados son los siguientes: 2) Usando Lentes de LC (cristal líquido) que permiten desactivar el efecto de las Multicámara: Permite crear diferentes lentes. Con lentes de LC en modo 2D, todos puntos de vista en un espacio limitado, utililos píxeles contribuyen en una única imagen zando varias cámaras, figura 15. Se requiere de alta resolución. Este proceso ha sido una calibración de todas las cámaras. La patentado por PHILIPS 3D Solutions2 y con- figura 16 muestra cómo se vería una misma siste en variar el índice de refracción de las imagen desde diferentes ángulos. lentes. La capa de lentes se llena de cristal Time-of-Flight (TOF): El Time-Of-Flight líquido y de esta manera tienen un índice (tiempo de vuelo) es un método para extraer de refracción diferente que permite el modo la información de profundidad de una única 3D. Para cambiar al modo 2D, se aplica una imagen para que así podamos crear una carga eléctrica sobre el cristal líquido para visión estéreo (no confundir con visión 3D). El alterar su índice de refracción y como resul- TOF consiste en que la cámara emite una Figura 16 - Visión desde diferentes ángulos de una misma secuencia. Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 55
  58. 58. Cap 2 - Func LCD.qxd 3/7/12 4:53 PM Página 56 Capítulo 2 Figura 17 - La cámara envía una señal infrarroja que rebota en la escena y es captada por cada píxel. señal modulada en el espectro infrarojo, sobre una señal de 20MHz o frecuencia mayor. Esta señal incide sobre la escena y vuelve rebotada sobre la cámara. Cada píxel de la cámara puede demodular esta señal y, a través de su fase, detectar la distancia. La cámara genera una imagen en escala de grises que nos da la información de profundidad, figura 17. Vea en la figura 18 cómo se puede generar una imagen estéreo por TOF. PLUGINS PARA PROGRAMAS DE ANIMACIÓN 3D Muchas aplicaciones de animación hoy en día trabajan con planos en 3D pero finalmente reenderezan archivos en 2D. En estos casos la información de profundidad se encuentra implícita en la animación creada y, por lo tanto, se puede extraer un contenido en 3D. Philips, por ejemplo, ha desarrollado para los programas más conocidos de animación 3D (como Autodesk Maya o 3Ds Max) 56 algunos plugins que exportan las imágenes en 3D más el plano de profundidad, para que de esta manera se puedan generar nuevos contenidos. Actualmente las principales marcas que fabrican televisiones en 3D son: LG, Samsung, Sony, Panasonic, Philips, etc., aunque son caros y en el mercado son pocas las películas o los videojuegos en 3D. ☺ BIBLIOGRAFÍA www.reparacionlcd.com www.neoteo.com www.muyinteresante.es www.es.wikipedia.org www. phenobarbital.wordpress.com Colección “Club Saber Electrónica” Figura 18 Imagen 2D más el plano de profundidad, con el que se puede generar una imagen estéreo.
  59. 59. Cap 3 - Repa LCD y 3D.qxd 3/7/12 5:01 PM Página 57 Capítulo 3 Fallas y Reparación en Televisores LCD y 3D En un TV a TRC es relativamente sencillo postular una falla y describir lo que debe ocurrir en la pantalla. Cuando se trata de un LCD, “mi experiencia como profesor me indica que a los alumnos les cuesta imaginar que se ve en la pantalla cuando falla algo en la plaqueta digital”. En este capítulo proponemos algunos métodos prácticos para la localización de fallas y la solución de problemas en la plaqueta digital de un televisor de última generación. Reiteramos que si Ud. no sabe cómo funciona un televisor LCD puede realizar el curso contenido en el CD multimedia que acompaña a esta obra (vea la página 1). LO PRIMERO QUE DEBE SABER Imaginemos una falla muy simple. Todos sabemos que la plaqueta digital se comunica con los integrados LVDS mediante tres puertos de 8 bits que pertenecen a las digitales de R G y B. Un interesante ejercicio didáctico consiste en imaginarse qué se observa sobre la pantalla si el bit menos significativo de la salida de R se queda siempre en cero por un cortocircuito en la plaqueta. Esta pregunta la realizo en todos mis cur- sos y jamás conseguí una respuesta correcta, sin darle alguna ayuda a mis alumnos. Con una ayuda muy genérica responden, pero si no los guío, las respuestas suelen ser totalmente equivocadas o ser muy vagas. La respuesta más común es la que parece más lógica. Se genera una raya roja finita en la pantalla sobre una imagen normal; y luego las variantes: Una línea donde falta el rojo; una línea negra, gris etc. Cuando pregunto si la línea sería vertical u Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 57
  60. 60. Cap 3 - Repa LCD y 3D.qxd 3/7/12 5:01 PM Página 58 Capítulo 3 Tabla 1 - Tabla Primeros números binarios. horizontal allí suele haber un acuerdo tácito: Línea vertical porque todos recuerdan que los electrodos de datos eran los verticales. Los horizontales solo operan sobre el direccionamiento de línea. Entonces le doy la ayuda. Lo que sale del JagASM representa a un número binario o mejor dicho a tres números binarios. Uno da la intensidad del rojo (que está fallando en su bit menos significativo) otro la del verde y otro la del azul. Y todos son de 8 bits, es decir que pueden tomar un valor entre 0 y 255 (28). Debido a que está fallando el integrado, el bit menos significativo permanece constantemente en 0. En la tabla 1 podemos ver la correspondencia entre los números decimales y su correspondiente binario mientras que en la tabla 2 mostramos que números se forman en lugar de los correctos cuando hay error. Como se puede observar, se pierden los números impares porque se hacen iguales al número anterior. Esto significa que en todos los puntos de la pantalla podemos tener un pequeño error en la componente de rojo. Si el punto tuviera un valor de rojo 58 igual a 255 un error de una unidad solo modificaría el -0,3% de la componente, lo cual es absolutamente indistinguible. En tanto que un punto que tuviera una componente de 10 tendría un error del -10%. En una palabra que tendríamos una falla que seguramente pasaría inadvertida inclusive cuando hacemos el ajuste de blanco. Lo que con toda seguridad podemos decir es que el error no formaría ninguna figura o dibujo sobre la pantalla. El rojo de todos los puntos de la pantalla sería algo más oscuro, solo cuando el número equivalente a su brillo fuera impar, figura 2. Diferente sería si la pata en cortocircuito fuera la más significativa. Si Ud. observa como se van formando los números binarios, podrá deducir que el bit más significativo será igual a cero en los primeros 128 números y que luego se hará igual a 1 hasta el 255. Si esa pata esta en cortocircuito nunca podrá salir una componente roja mayor a 128. Es decir que los rojos de intensidad baja y mediana se verán correctamente, en tanto que los más fuertes se verán todos de nivel 128. Tabla 2 - Tabla Error en el último bit. Colección “Club Saber Electrónica”
  61. 61. Cap 3 - Repa LCD y 3D.qxd 3/7/12 5:01 PM Página 59 Fallas y Reparación en Televisores LCD y 3D Seguramente el usuario dirá que solo se puede ver bien a bajo brillo o con baja saturación de color. FALLAS EN LOS PERIFÉRICOS DE LA PANTALLA Para entender que figura geométrica genera una falla debemos repasar el tema de la generación de las señales en la pantalla. Recuerde la existencia de un conjunto de integrados receptores de LVDS en la parte superior o inferior de la pantalla y otro conjunto en uno de los costados. * Los primeros se encargan al mismo tiempo de la señalización horizontal y de la iluminación de cada dot. Con la polaridad de la señal encienden el dot y con su duración y/o tensión cargan más o menos al capacitor interno que memoriza el dato. * Los segundos se encargan de seleccionar la fila que debe activarse en cada momento (realizan un barrido utilizando la señal de sincronismo horizontal y vertical). ¿Qué cantidad de integrados deben existir sobre los lados horizontal y vertical? En principio parecería que dado el trabajo más complejo que realizan los que están en posición horizontal deberían existir muchos más que para el lado vertical. Pero no es así. La proporción solo depende del tipo de pantalla 4/3 o 16/9 (o su variante de 15/9) y la cantidad absoluta depende de la definición (de la cantidad de líneas horizontales de tríadas). Por ejemplo las pantallas del chasis LC03 de Philips son tres: 15” LC151X01-C3P1 de 1024 tríadas x 768 líneas (proporción 4/3) 17” LM171W01-B3 de 1280 tríadas x 768 líneas (proporción 15/9) 23” LC230W01-A2 de 1280 tríadas x 768 líneas (proporción 15/9) Esto significa que se requieren 768 patas de salida para generar el barrido de la pantalla y si los integrados usados tienen 200 patas se requerirán 4 (deben sobrar patas Figura 1 - Diagrama en bloques de la pantalla. Funcionamiento de Pantallas Planas y Televisores 3D 59

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