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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLAN FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD TRABAJO PROFESIONAL QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA PRESENTA: FIDEL ANTONIO HERNANDEZ SANCHEZ ASESOR: ING. JUAN GONZALEZ VEGA CUAUTITLAN IZCALLI ESTADO DE MEXICO 2012 AGRADECIMIENTOS Gracias a todos y cada uno de los que han estado conmigo durante toda esta etapa, mi madre, mi padre, mi esposa, mis hermanos y amigos, los llevo siempre conmigo, sin ustedes las cosas hubieran sido diferentes. Te lo debía mama. INDICE 1.- INTRODUCCION 1 2.- GENERALIDADES VENTAJAS CCFL LOCAL DIMMING LED EDGE LIT LED LAS DIFERENCIAS DE LA RETROILUMINACION CCFL Y LED 3 3 4 4 4 5 3.- VIDEO DIGITAL PARTES DE LA SEÑAL DE VIDEO ANALOGICA INFORMACION DE LA IMAGEN SINCRONISMOS DESCRIPCION DE VIDEOS NUMERO DE IMÁGENES POR SEGUNDO SISTEMA DE BARRIDO ENTRELAZADO SISTEMA DE BARRIDO PROGRESIVO RESOLUCION DE VIDEO COMPARACION DE RESOLUCIONES DE TELEVISION RELACION DE ASPECTO ESPACIO DE COLOR Y BITS POR PIXEL FORMATOS DE VIDEO 6 8 8 9 10 11 12 13 13 14 14 16 16 3.- EL LCD LA CELDA LCD – PRINCIPIO DE OPERACION LCD CON TECNOLOGIA TN EL TFT, UNA AYUDA IMPORTANTE EN EL FUNCIONAMIENTO LCD TECNOLOGIAS PARA LA FABRICACION DE PANTALLAS PLANAS GENERACION DE COLORES EN UNA PANTALLA LCD TECNOLOGIA LCD 18 18 19 22 26 28 34 4.- EL INTERIOR DE UNA PANTALLA LCD PANTALLA DE CRISTAL LIQUIDO - LCD PARTES DE UN MONITOR LCD APERTURA POR PARTES SECCION INVERTER Y TARJETA DE VIDEO 37 37 38 39 42 5.- PRINCIPALES FALLAS EN LAS PANTALLAS LCD PRINCIPALES FALLAS EN PANTALLAS LCD MANCHAS BLANCAS BACK LIGTH LEAKING PIXELES MUERTOS Y PIXELES SIEMPRE ENCENDIDOS MICROFISURA O MANCHA DE COLORES EXPANDIENDOSE 47 47 47 48 49 51 IMAGEN FANTASMA E IMAGEN PERSISTENTE TIEMPO DE RESPUESTA PANTALLA CCFL QUE ENCIENDE Y EN SEGUIDA SE APAGA 52 53 53 6.- EXPERIENCIA LABORAL VENTAJAS DE LOS MONITORES LCD RECOMENDACIONES 56 57 57 7.- CONCLUSIONES 58 8.- BIBLIOGRAFIA 59 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD INTRODUCCION INTRODUCCION La humanidad está dando pasos de gigantes en relación con otras épocas pasadas. Clonación, nanotecnología, biotecnología absorben astronómicos presupuestos con retos que se resuelven en invenciones que rozan algunas aportaciones de la ciencia ficción. Los monitores de cristal líquido, o LCD, son ya conocidos por los usuarios de computadoras con pantalla plana. Pero esta tecnología es ya realidad en los televisores domésticos. Las pantallas de LCD tienen excelentes contraste y nitidez. Además de visualmente atractivos, son mucho más económicos que los televisores tradicionales, con tubo de rayos catódicos. El ahorro de energía puede suponer hasta un 40%. El uso de cristal líquido en monitores de grandes tamaños ha crecido los últimos dos años. El obstáculo principal residía en la fabricación de un mother glass - substrato de vidrio producido específicamente para LCD - grande y ancho lo suficiente para monitores superiores a 21 pulgadas. Los avances considerables en este sector en los últimos años han supuesto un beneficio importante para los fabricantes. El brillo de la imagen, uno de los puntos débiles del LCD, ha sido mejorado con el uso de la tecnología TFT (thin-film transistor), un transistor que alimenta cada píxel de la pantalla de forma separada. Sin embargo, el avance supuso un incremento en la complejidad del proceso de fabricación, ya que un sustrato con cuatro paneles de resolución 800x600 píxeles usa aproximadamente 5,8 millones de transistores, más de lo que contiene un procesador Pentium. Comparado a los tubos de rayos catódicos, el LCD lleva otra ventaja además de la economía de energía y mejor calidad de imagen: según los fabricantes, la vida útil de un LCD es un 40% más larga. Por estos motivos, los televisores LCD se han convertido en el nuevo sueño de consumo en el sector, quitándoles el puesto a los de plasma, ya establecidos como líderes en el mercado de pantallas grandes, pero mucho más caros. Últimamente hemos visto inundados los aparadores con pantallas LCD con la leyenda “LED”. ¿Qué tienen de nuevo éstas?, ¿qué tecnología utilizan?, ¿cómo logran ser tan delgadas?, ¿qué ventajas ofrecen? Las preguntas aparecen en cascada, por lo que a continuación los invito a develar este misterio de las pantallas LED, para lo cual presentaré una breve explicación de las innovaciones técnicas usadas en esta nueva generación así como los aspectos principales que las diferencian. 1 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD INTRODUCCION La razón para buscar un método alternativo de retro-iluminación se debe a que al usar lámparas fluorescentes el contraste y los niveles de negro distan mucho de ser los mejores, pues las lámparas siempre están encendidas, incluso si la imagen proyectada en la pantalla sugiriese una ausencia total de luz. El resultado, por lo regular, es una imagen grisácea y deslavada en lugar del color negro puro que buscamos. De manera que, al tener un backlight basado en LEDs individuales se pueden, efectivamente, “encender y “apagar” ciertas porciones de la pantalla simultáneamente para lograr niveles de negro similares a las televisiones de cinescopio convencionales o al de las plasma. 2 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD GENERALIDADES GENERALIDADES La principal diferencia entre una pantalla LCD convencional y una de LED está en el método usado para retro iluminar la pantalla, mejor conocido como backlight. En las superficies LCD convencionales se usa un arreglo de lámparas fluorescentes de cátodo frío (CCFL) con este propósito. Las pantallas LCD de LED, como su nombre sugiere usan estas fuentes para iluminarse. La razón para buscar un método alternativo de retro-iluminación se debe a que al usar lámparas fluorescentes el contraste y los niveles de negro distan mucho de ser los mejores, pues las lámparas siempre están encendidas, incluso si la imagen proyectada en la pantalla sugiriese una ausencia total de luz. El resultado, por lo regular, es una imagen grisácea y deslavada en lugar del color negro puro que buscamos. De manera que, al tener un backlight basado en LEDs individuales se pueden, efectivamente, “encender y “apagar” ciertas porciones de la pantalla simultáneamente para lograr niveles de negro similares a las televisiones de cinescopio convencionales o al de las plasma. VENTAJAS Las principales mejoras de una pantalla LCD con retro-iluminación de LED, comparada con una de lámpara fluorescente (CCFL) son las siguientes: Mejor imagen, similar a la de televisiones de cinescopio con negros profundos y un mejor contraste. Menor consumo de energía. Mayor vida útil, típicamente el doble de los modelos con retro-iluminación por lámpara fluorescente (CCFL). Si pensamos que todas las pantallas LCD de LED son iguales es un error. La confusión creada por la mercadotecnia nos hace pensar lo contrario, pero la verdad es que actualmente existen en el mercado dos tecnologías diferentes que usan LEDs para retro-iluminar las pantallas. La primera es la conocida como Local Dimming (atenuación local); la segunda es la Edge Lit (iluminación perimetral). Veamos a detalle los pormenores de cada una. 3 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD GENERALIDADES CCFL CCFL son una tecnología más antigua, y por el momento son las luces de fondo que más se utiliza en las pantallas LCD portátiles. Se componen de un tubo fluorescente conectado a una placa del inversor de voltaje que proporciona energía a la luz de fondo. A veces la luz de fondo contiene dos tubos con 2 pares de los inversores, los cuales son llamados "retro iluminación dual" o 2 CCFL. LOCAL DIMMING LED. En esta tecnología se colocan cientos de LEDs detrás de la pantalla que reemplazan a las tradicionales lámparas CCFL como fuente de retro-iluminación. De esta forma grupos individuales de LEDs se atenúan o apagan por completo, según se requiera en función de la imagen por desplegar. Así, los niveles de negro mejoran sustancialmente acercándose a los de las TVs de cinescopio y plasma. Esta “atenuación local” es la que permite las altísimas tasas de contraste de la que presumen los fabricantes de estas pantallas. No es raro ver números de contraste del orden de cientos de miles a uno, incluso millones a uno. EDGE LIT LED Esta es la última tecnología en retro-iluminación de pantallas LCD lanzada al mercado y se la puede considerar como una implementación menos compleja de la tecnología local dimming. La variante usada aquí implica iluminar la pantalla con tiras de LEDs ubicadas en el perímetro de la pantalla, en lugar de un arreglo con estas iluminaras detrás de ésta. Su principio de funcionamiento se puede considerar idéntico al de las pantallas iluminadas por lámparas fluorescentes, pero se reemplazan las lámparas por LEDs como la fuente de luz. Su principal ventaja es que pueden resultar increíblemente delgadas, consumen hasta un 40 por ciento menos energía que las LCDs convencionales y son más económicas que las que operan con local dimming. 4 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD GENERALIDADES LAS DIFERENCIAS EN LAS DE LA RETRO ILUMINACIÓN CCFL Y LED Sin embargo, aún cuando las pantallas LED basadas en Edge Lit son seductoramente delgadas, no pueden lograr los niveles de negro y contraste de sus hermanas mayores de local dimming. Por su parte, las pantallas LED basadas en local dimming, aún no igualan el desempeño de las mejores plasmas y TVs de cinescopio. El problema es simple: los fabricantes no ponen suficientes LEDs como para igualar el número de pixeles efectivos de la pantalla. El resultado es una especie de “halo” tenue en áreas oscuras adyacentes a porciones brillantes de la imagen, en lugar de un negro puro. Un defecto más en estas pantallas es que la imagen se deteriora con facilidad, a medida que nos movemos del centro de la pantalla; es decir, cuando vemos la pantalla en ángulo en cualquier costado de ella. Las pantallas LCD con retro-iluminación basado en LED son las mejores LCDs construidas hasta hoy y representan el esfuerzo de la tecnología por minimizar sus deficiencias en cuanto a niveles de negro y contraste. La tecnología Local Dimming es la que más cerca está de sus contrapartes de plasma y TVs de cinescopio convencionales en estos rubros, pero son las más caras y no son tan delgadas como las que se basan en tecnología LED Edge lit. Por su parte la tecnología Edge Lit amenaza a las venideras OLED en cuanto a ahorro de energía y reducidas dimensiones del panel. Ambas representan el punto de inflexión donde se encuentran las innovaciones de hoy con las del mañana. Lo más importante: Ya están aquí sorprendiéndonos día con día. Con el tiempo sus defectos sean corregidos al grado de ponerse al tú por tú con las mejores. HT CCFL LED Tamaño Más grueso y más pesado Más fino y más ligero Costo Más barato y más eficaz Más costosas, pero son cada vez más asequibles como los fabricantes de portátiles están utilizando más luz de fondo LED Energía Y Calor Mayor consumo de energía y la generación de calor Menor consumo de energía y la generación de calor Brillo Bajo brillo Brillo general superior Acabado Disponible en mate o brillante Disponible en mate o brillante Esperanza de vida Vida útil más corta Mucho más que CCFL LAS DIFERENCIAS EN LAS TECNOLOGÍAS DE RETRO ILUMINACIÓN CCFL Y LED 5 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD VIDEO DIGITAL VIDEO DIGITAL La señal de video se refiere a una representación analógica o digital que varía en el tiempo y en la que la información espacio temporal se ordena de acuerdo a una convención predefinida de muestreo. El primer paso para enviar un mensaje es convertirlo en una forma electrónica adecuada para su transmisión. El transmisor que juega un papel muy importante durante este proceso, es una colección de componentes y circuitos como: osciladores, amplificadores, circuitos sintonizados y filtros moduladores, mezcladores de frecuencia, sintonizadores de frecuencia y otros circuitos diseñados especialmente para convertir la señal eléctrica en una forma adecuada para transmitirse a través de un medio de comunicación determinado. El receptor, que es otro de los componentes muy esenciales para este suceso, es una colección de componentes electrónicos y circuitos como: amplificadores, osciladores, mezcladores, circuitos sintonizados, filtros y demodulador o detector que se encarga de recuperar la señal de inteligencia original de la portadora modulada (la señal de inteligencia puede ser, audio, video, datos de computadora, etc..). Este modulador o detector acepta el mensaje transmitido del canal y lo convierte en una forma inteligible para el ser humano. Los transceptores, que tiene la funciona de transmitir y recibir, vienen ya incluidos en casi todos los circuitos de comunicación, como por ejemplo podemos mencionar algunos: teléfonos, los faxes, los radios de banda civil, los teléfonos celulares y los módems de las computadoras. La atenuación que ocurre siempre en una señal es inevitable, no importa el medio de transmisión empleado siempre aparecerá, esta atenuación hace que nuestra señal se desvanezca poco a poco, lo que implica perdida de información. Los medios son selectivos a la frecuencia en la que un medio dado actuara como un filtro pasabajas para una señal transmitida, en la cual se distorsiona los pulsos digitales y reduce considerablemente la amplitud de la señal en transmisiones a distancias grandes, por lo que es necesario contar con una amplificación considerable de la señal, tanto en el transmisor como en el receptor para asegurar una transmisión satisfactoria. La frecuencia es un elemento principal para el medio de comunicación, y es considerada como, el número de veces que un fenómeno particular ocurre en un intervalo o periodo dado, la cual viene definida por la siguiente ecuación: 6 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD VIDEO DIGITAL La longitud de onda, otro elemento importante, se considera como la distancia ocupada por el ciclo de una onda o como la distancia recorrida por una onda electromagnética durante un tiempo de ciclo y es determinada por la siguiente ecuación: Las ondas electromagnéticas viajan a la velocidad de la luz, 299792800 m/s. La velocidad de la luz y de las ondas de radio en el vacío o en la atmosfera se redondea usualmente a 3x108 m/s. La velocidad de transmisión en otro medio es menor. La palabra video proviene del verbo latino video, vides, videre, que se traduce como el verbo ‘ver’. Se suele aplicar este término a la señal de vídeo y muchas veces se la denomina «el vídeo» o «la vídeo» a modo de abreviatura del nombre completo de la misma. La tecnología de vídeo fue desarrollada por primera vez para los sistemas de televisión, pero ha derivado en muchos formatos para permitir la grabación de vídeo de los consumidores y que además pueda ser visto a través de Internet. En algunos países se llama así también a una grabación de imágenes y sonido en cinta magnética o en disco óptico, aunque con la aparición de estos últimos dicho término se identifica generalmente con las grabaciones anteriores en cinta magnética, del tipo VHS, Betamax. 7 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD VIDEO DIGITAL Inicialmente la señal de vídeo está formada por un número de líneas agrupadas en varios cuadros y estos a la vez divididos en dos campos portan la información de luz y color de la imagen. El número de líneas, de cuadros y la forma de portar la información del color depende del estándar de televisión concreto. La amplitud de la señal de vídeo es de 1Vpp (1 voltio de pico a pico) estando la parte de la señal que porta la información de la imagen por encima de 0V y la de sincronismos por debajo el nivel de 0V. La parte positiva puede llegar hasta 0,7V para el nivel de blanco, correspondiendo a 0V el negro y los sincronismos son pulsos que llegan hasta -0,3V. En la actualidad hay multitud de estándares diferentes, especialmente en el ámbito informático. PARTES DE LA SEÑAL DE VÍDEO ANALÓGICA La señal de vídeo consta de lo que se llama luminancia, crominancia y de los sincronismos. La amplitud se sitúa entre los -0,3 V del nivel inferior del sincronismo hasta los 0,7 V que corresponde al blanco. La señal propia es la referida a la luminancia con los sincronismos, a la que se le añade la señal de crominancia, con su sincronía propia, la salva de color, de tal forma que la crominancia monta encima de la luminancia. El ancho de banda de la señal de luminancia suele ser del orden de 5 MHz, pero depende del sistema empleado. La crominancia es una señal modulada en cuadratura (es decir en amplitud y en fase). A la portadora se la denomina «subportadora de color» y es una frecuencia próxima a la parte alta de la banda, en PAL es de 4,43 MHz; evidentemente, esta frecuencia tiene relación con el resto de frecuencias fundamentales de la señal de vídeo que están referenciadas a la frecuencia de campo que toma como base, por cuestiones históricas, la frecuencia de la red de suministro eléctrico, 50 Hz en Europa y 60 Hz en muchas partes de América. INFORMACIÓN DE LA IMAGEN La imagen está formada por luz y color; la luz define la imagen en blanco y negro (es la información que se utiliza en sistemas de blanco y negro) y a esta parte de la señal de vídeo se la llama luminancia. 8 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD VIDEO DIGITAL Existen estándares diferentes para la codificación del color, [NTSC] (utilizado en casi toda América, dependencias estadounidenses, Corea, Japón y Myanmar), SECAM (Francia, sus dependencias y ex colonias; mayoría de Rusia) y PAL (resto de Europa; Argentina, Brasil, Groenlandia y Uruguay en América; mayoría de África, Asia y Oceanía). SINCRONISMOS En lo referente a los sincronismos se distinguen tres clases, de línea u horizontales, de campo o verticales y los referentes al color. Los sincronismos de línea indican donde comienza y acaba cada línea de las que se compone la imagen de video; se dividen en: pórtico anterior, pórtico posterior y pulso de sincronismo. Los sincronismos verticales son los que nos indican el comienzo y el final de cada campo. Están compuestos por los pulsos de igualación anterior, pulsos de sincronismo, pulsos de igualación posterior y líneas de guarda (donde en la actualidad se inserta el teletexto y otros servicios). FIG 1. BARRAS DE COLOR EBU VISTAS EN UN MFO Y UN VECTOSCOPIO. 9 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD VIDEO DIGITAL La frecuencia de los pulsos de sincronismo depende del sistema de televisión: en América (con excepción de Argentina y Uruguay, que siguen la norma europea) se usa frecuencia de línea (número de líneas) de 525 líneas por cuadro (y 60 campos por segundo), mientras que en Europa se utilizan 625 líneas por cuadro (312,5 por cada uno de los dos campos en la exploración entrelazada), a una frecuencia de 15.625 Hz, y 50 campos por segundo, (25 cuadros). Estas cifras se derivan de la frecuencia de la red eléctrica en la que antiguamente se enganchaban los osciladores de los receptores. En lo referente al color, en todos los estándares se modula una portadora con la información del color. En NTSC y PAL lo que se hace es una modulación en amplitud para la saturación, y en fase para el tinte, lo que se llama «modulación en cuadratura». El sistema PAL alterna la 180º en cada línea la fase de la portadora para compensar distorsiones de la transmisión. El sistema SECAM modula cada componente del color en las respectivas líneas. DESCRIPCIÓN DE VIDEOS FIG 2. LOS ESTÁNDARES DE VÍDEO ANALÓGICO EN TODO EL MUNDO. NTSC PAL O CAMBIANDO A PAL SECAM SIN INFORMACIÓN 10 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD VIDEO DIGITAL El término vídeo se refiere comúnmente a varios formatos: los formatos de vídeo digital, incluyendo DVD, QuickTime, DVC y MPEG-4 y las cintas de vídeo analógico, incluyendo VHS y Betamax. El vídeo se puede grabar y transmitir en diversos medios físicos: en cinta magnética cuando las cámaras de vídeo registran como PAL, SECAM o NTSC señales analógicas, o cuando las cámaras graban en medios digitales como MPEG-4 o DVD (MPEG-2). La calidad del vídeo depende esencialmente del método de captura y de almacenamiento utilizado. La televisión digital (DTV) es un formato relativamente reciente con mayor calidad que los primeros formatos de la televisión y se ha convertido en un estándar para la televisión. El vídeo 3D, vídeo digital en tres dimensiones, estrenado a finales del siglo XX. Para capturar secuencias de vídeo en 3D se utilizan normalmente seis u ocho cámaras con medición en tiempo real de la profundidad. El formato de vídeo 3D se fija en MPEG-4 Parte 16 Animation Framework extensión (AFX). En el Reino Unido, Australia, Países Bajos y Nueva Zelanda, el término vídeo se utiliza a menudo informalmente para referirse a las grabadoras de vídeo y a las cintas de vídeo más destacadas el sentido normalmente se desprende del contexto. NÚMERO DE IMÁGENES POR SEGUNDO Velocidad de carga de las imágenes: número de imágenes por unidad de tiempo de video, para viejas cámaras mecánicas cargas de seis a ocho imágenes por segundo (fps) o 120 imágenes por segundo o más para las nuevas cámaras profesionales. Los estándares PAL (Europa, Asia, Australia, etc.) y SECAM (Francia, Rusia, partes de África, etc.) especifican 25 fps, mientras que NTSC (EE. UU., Canadá, Japón, etc.) Especifica 29,97 fps. El cine es más lento con una velocidad de 24fps, lo que complica un poco el proceso de transferir una película de cine a video. Para lograr La ilusión de una imagen en movimiento, la velocidad mínima de carga de las imágenes es de unas quince imágenes por segundo. 11 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD VIDEO DIGITAL SISTEMA DE BARRIDO ENTRELAZADO Con el fin de evitar el parpadeo o "flicker" que se produce en una imagen de televisión cuando es reproducida en un tubo de imagen debido a la persistencia de los luminofósforos que componen la pantalla del mismo (cuando se estaban trazando las últimas líneas las primeras ya se habían desvanecido) se desarrollo la exploración entrelazada. La exploración entrelazada 2/1, característica de los sistemas de televisión PAL, NTSC y SECAM así como de algunos otros desarrollados posteriormente, consiente en analizar cada cuadro (frame) de la imagen en dos semicuadros iguales denominados campos (field), de forma que las líneas resultantes estén imbricadas entre sí alternadamente por superposición. Uno de los campos contiene las líneas pares, se le denomina "campo par", mientras que el otro contiene la impares, se le denomina "campo impar" al comienzo de cada uno de ellos se sitúa el sincronismo vertical. Hay un desfase de media línea entre un campo y otro para que así el campo par explore la franja de imagen que dejó libre el campo impar. La exploración entrelazada de un cuadro de dos campos exige que el número de líneas de del cuadro sea impar para que la línea de transición de un campo al otro sea divisible en dos mitades. Las especificaciones abreviadas de la resolución de vídeo a menudo incluyen una i para indicar entrelazado. Por ejemplo, el formato de vídeo PAL es a menudo especificado como 576i50, donde 576 indica la línea vertical de resolución, i indica entrelazado, y el 50 indica 50 cuadros (la mitad de imágenes) por segundo. 12 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD VIDEO DIGITAL SISTEMA DE BARRIDO PROGRESIVO En los sistemas de barrido progresivo, en cada período de refresco se actualizan todas las líneas de exploración. El desarrollo de sistema de representación de imagen diferentes al tubo de imagen, como las pantallas de TFT y de plasma, han permitido desarrollar sistemas de televisión de barrido progresivo. Un procedimiento conocido como desentrelazado puede ser utilizado para transformar el flujo entrelazado, como el analógico, el de DVD, o satélite, para ser procesado por los dispositivos de barrido progresivo, como el que se establece en los televisores TFT, los proyectores y los paneles de plasma. RESOLUCIÓN DE VÍDEO FIG 3. RESOLUCIONES DE VIDEO 13 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD VIDEO DIGITAL COMPARACIÓN DE RESOLUCIONES DE TELEVISIÓN. El tamaño de una imagen de vídeo se mide en píxeles para vídeo digital, o en líneas de barrido horizontal y vertical para vídeo analógico. En el dominio digital, (por ejemplo DVD) la televisión de definición estándar (SDTV) se especifica como 720/704/640 × 480i60 para NTSC y 768/720 × 576i50 para resolución PAL o SECAM. Sin embargo, en el dominio analógico, el número de líneas activas de barrido sigue siendo constante (486 NTSC/576 PAL), mientras que el número de líneas horizontal varía de acuerdo con la medición de la calidad de la señal: aproximadamente 320 píxeles por línea para calidad VCR, 400 píxeles para las emisiones de televisión, y 720 píxeles para DVD. Se conserva la relación de aspecto por falta de píxeles «cuadrados». Los nuevos televisores de alta definición (HDTV) son capaces de resoluciones de hasta 1920 × 1080p60, es decir, 1920 píxeles por línea de barrido por 1080 líneas, a 60 fotogramas por segundo. La resolución de vídeo en 3D para vídeo se mide en voxels (elementos de volumen de imagen, que representan un valor en el espacio tridimensional). Por ejemplo, 512 × 512 × 512 voxels, de resolución, se utilizan ahora para vídeo 3D simple, que pueden ser mostrados incluso en algunas PDA. RELACIÓN DE ASPECTO FIG 4. COMPARACIÓN DE LA RELACIÓN DE ASPECTO ENTRECINEMATOGRAFÍA COMÚN Y LA TELEVISIÓN TRADICIONAL (VERDE). 14 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD VIDEO DIGITAL La relación de aspecto se expresa por la anchura de la pantalla en relación a la altura. El formato estándar hasta el momento en que se comenzó con la estandarización de la televisión de Alta resolución tenía una relación de aspecto de 4/3. El adoptado es de 16/9. La compatibilidad entre ambas relaciones de aspecto se puede realizar de diferentes formas. Una imagen de 4/3 que se vaya a ver en una pantalla de 16/9 puede presentarse de tres formas diferentes: Con barras negra verticales a cada lado (letterbox). Manteniendo la relación de 4/3 pero perdiendo parte de la zona activa de la pantalla. Agrandando la imagen hasta que ocupe toda la pantalla horizontalmente. Se pierde parte de la imagen por la parte superior e inferior de la misma. Deformando la imagen para adaptarla al formato de la pantalla. Se usa toda la pantalla y se ve toda la imagen, pero con la geometría alterada (los círculos se ven elipses con el diámetro mayor orientado de derecha a izquierda). Una imagen de 16/9 que se vaya a ver en una pantalla de 4/3, de forma similar, tiene tres formas de verse: Con barras horizontales arriba y abajo de la imagen (letterbox). Se ve toda la imagen pero se pierde tamaño de pantalla (hay varios formatos de letterbox dependiendo de la parte visible de la imagen que se vea (cuanto más grande se haga más se recorta), se usan el 13/9 y el 14/9). Agrandando la imagen hasta ocupar toda la pantalla verticalmente, perdiéndose las partes laterales la imagen. Deformando la imagen para adaptarla a la relación de aspecto de la pantalla. se ve toda la imagen en toda la pantalla, pero con la geometría alterada (los círculos se ven elipses con el diámetro mayor orientado de arriba a abajo). 15 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD VIDEO DIGITAL ESPACIO DE COLOR Y BITS POR PÍXEL FIG 5. EJEMPLO DE COLOR U-V PLANO, VALOR DE Y=0.5. El nombre del modelo del color describe la representación de color de video. El sistema YIQ se utilizó en la televisión NTSC. Se corresponde estrechamente con el sistema YUV utilizado en la televisión NTSC y PAL; y con el sistema YDbDr utilizado por la televisión SECAM. El número de colores distintos que pueden ser representados por un pixel depende del número de bits por pixel (bpp). Una forma de reducir el número de bits por píxel en vídeo digital se puede realizar por submuestreo de croma (por ejemplo, 4:2:2, 4:1:1, 4:2:0). FORMATOS DE VIDEO Estándares de dispositivos de video Nuevos digitales: ATSC (EE. UU., Canadá, México, etc.) DVB-T (Europa, Digital Video Broadcasting) ISDB-T (Japón, Brasil, Chile, Perú, etc., Servicios Digitales Integrados de Broadcast) Estándares analógicos: MAC (Europa - Obsoleta) MUSE (Japón-analog HDTV) NTSC (EE. UU., Canadá, Japón, etc.) PAL (Europa, Asia, Australia, etc.) PALplus (extensión PAL; solo en Europa.) PAL-M (variación de PAL; Brasil.) 16 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD VIDEO DIGITAL SECAM (Francia, la antigua URSS y África central.) Estándares de conectores de video Vídeo compuesto (1 RCA o BNC) Vídeo componentes (3 RCA o BNC) D4 video connector (nuevo para HDTV) S-Video (para video separado, 1 mini-DIN) SCART Euroconector / Peritel (usado en Europa) DVI (sólo video no comprimido). HDCP opcional HDMI (video y audio no comprimido). HDCP mandato. RFs (para Radiofrecuencia conector coaxial) BNC (Bayonet Niell-Concelman) conector C (conector Concelman) conector GR (conector General Radio) conector F (usado para instalaciones domésticas de televisión en EE. UU.) IEC 169-2 (IEC connector, usado habitualmente en Gran Bretaña) conector N (conectorNiell) TNC connector (Threaded Niell-Concelman) UHF (e.g. PL-259/SO-239) SDI y HD-SDI VGA (DB-9/15 or mini sub D15) Mini-VGA (usado por ordenadores portátiles) 17 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL LCD LA CELDA LCD - PRINCIPIO DE OPERACIÓN Las celdas del tipo LCD son celdas del tipo “pasivas”, lo que implica que no emiten luz, sino que utilizan la que proviene de una fuente externa, generalmente varios tubos fluorescentes de cátodo frío o un conjunto de leds. Manejando esta luz con reflectores y difusores, es posible generar o componer imágenes usando muy poca energía disipada en la propia pantalla. En efecto, la mayor parte del consumo se produce en el dispositivo de iluminación y allí se pueden utilizar los nuevos tubos de bajo consumo que están notablemente mejorados en lo que respecta a su rendimiento o los led blancos de alto rendimiento que día a día van mejorando y ya son competencia directa de la iluminación fluorescente. El Cristal Líquido es una substancia muy particular. Por un principio de física un líquido no puede tener forma cristalina ya que entonces no adoptaría la forma del recipiente que lo contiene. En realidad la forma cristalina adoptada debería llamarse semicristalina porque las moléculas ocupan un lugar fijo pero con una amplia tolerancia sobre todo en el sentido de la orientación de su eje mayor. Precisamente cuando se lo somete a un campo eléctrico esa estructura semicristalina se mantiene pero con los ejes mayores girados un ángulo que depende de la tensión aplicada. En realidad cuando se aplica un campo eléctrico la substancia se parece más a un cristal. En cambio cuando no se aplica campo es una sustancia orgánica que tiene propiedades de un líquido (por ejemplo la fluidez). Las moléculas del Cristal Líquido son de tipo gigante con forma de pequeñas varillas o cigarrillos, y normalmente (sin campo eléctrico aplicado) están alineadas todas paralelas unas con respecto a las otras. FIG 6. MOLECULA DE CRISTAL LÍQUIDO 18 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL LCD Cuando se aplica un campo eléctrico se puede modificar la orientación de las moléculas con el objetivo de trasformar al material en una llave de luz que modifica su Transparencia suavemente entre un valor mínimo y otro máximo. Existen varias técnicas para lograr este objetivo. Nosotros vamos a explicar la más difundida. LCD CON TECNOLOGÍA TN (TWISTER NEMATIC = TORNADO NEMÁTICO) Este tipo de LCD consiste de dos piezas de vidrio con electrodos alojados en la cara interna de cada una. A su vez, la superficie interna de cada vidrio está especialmente tratada de modo que las moléculas de cristal líquido adquieran una orientación específica relativa a la superficie del vidrio. Si imaginamos un “sándwich” cuyas tapas serían las dos piezas de vidrio y cuyo relleno sería el cristal líquido, la superficie del vidrio superior mantiene las moléculas cercanas a él rotadas en 90° con respecto a aquellas que están más cerca del vidrio inferior. De este modo, las moléculas de cristal líquido entre las dos superficies de cristal forman una especie de “escalera en forma de espiral”. Así, la luz que pasa a través de uno de los cristales rota su polaridad 90° antes de salir por el otro cristal. FIG 7. ROTACIÓN PROGRESIVA EN EL INTERIOR DE LOS VIDRIOS 19 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL LCD La celda de cristal líquido, tal como la acabamos de explicar no tiene características ópticas discernibles, y se ve prácticamente transparente bajo cualquier tipo de iluminación. Pero si se monta un filtro polarizador sobre la cara por donde entra la luz y otro a 90º sobre la cara de salida, entonces sí se habrá conseguido que las características ópticas de las celdas operen en relación a la luz que incide sobre ellas. FIG 8. LCD TWISTER NEMÁTICO TRANSPARENTE U OPACO SEGÚN EL CAMPO APLICADO A la izquierda puede verse que el filtro polarizador superior sólo deja pasar luz con una determinada orientación. El cristal líquido debido a su estructura molecular en forma de tornado desplaza o rota la orientación de la luz en 90°; y si el filtro polarizador inferior está posicionado a 90° con respecto al superior, la luz es rotada por el cristal líquido y sale al exterior. Por lo tanto la celda completa, lucirá “transparente”. A la derecha de la figura se ve que si se aplica una tensión al cristal líquido por medio de los electrodos internos que metalizan al vidrio; las moléculas del cristal líquido se alinean con el campo eléctrico y desarticulan la estructura en tornado que formaban anteriormente. 20 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL LCD La luz que pasaba a través de la celda, está ahora orientada de forma inapropiada como para pasar por el filtro polarizador inferior. En efecto, la energización de los electrodos con tensión es equivalente a rotar los polarizadores superior e inferior 90° uno con respecto a otro. Es decir que la llave óptica está cerrada. Observe que la fuente generadora del campo eléctrico es de CA. En efecto así debe ser e inclusive debe tener muy baja distorsión porque si queda algún resto de valor medio o se alimenta con continua se produce una degradación del dispositivo por la producción de electrolisis. ¿Esta celda tiene persistencia? Si, e inclusive demoró mucho para poder ser utilizada en TV, porque tenía naturalmente mas persistencia que la necesaria. ¿Y tiene posibilidad de girar un ángulo intermedio para lograr una escala de grises? Si, simplemente hay que poner una tensión de polarización de menor amplitud. Aunque no es nuestra costumbre vamos a dar alguna explicación de cómo se consigue que sin la aplicación de campo alguno las moléculas tomen la forma de un tornado. En los compuestos nemáticos cada una de las moléculas alargadas tiene libertad para moverse respecto de las demás a pesar de que existen ciertas fuerzas intermoleculares que tienden a mantener alineados sus respectivos ejes. La dirección de alineación de las moléculas se puede fijar de dos modos diferentes: 1) 2) Exponiéndolas a un campo eléctrico que puede ser de CA Colocándolas en las proximidades de una superficie adecuadamente preparada. La preparación de la superficie para orientar a las moléculas de cristal líquido se realiza del siguiente modo: 1 Se toma la lámina de vidrio y se le deposita una película conductora transparente fundiendo un enrejado de alambres de oxido de Indio y Estaño con una elevadísima corriente (similar a lo que ocurre al vidrio de un fusible cuando le circula una corriente muy alta). 2 Se agrega encima de la capa conductora un polímero orgánico. 21 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL LCD 3 Se realiza un suave cepillado del polímero en el sentido deseado para orientar las moléculas (con un cepillo de capas de tela similares a los usados para pulir). Este cepillado alineará posteriormente a las moléculas de cristal liquido nemático ya sea porla combinación de las cadenas moleculares, por microraspado o por ambas cosas 4 Se arman las capas externa e interna de vidrio con la polarización adecuada de los vidrios mediante un marco separador de plástico que posee un agujero de llenado. 5 Se llena con cristal liquido que a medida que se va introduciendo se va acomodando en forma de tornado. EL TFT, UNA AYUDA IMPORTANTE EN EL FUNCIONAMIENTO DE LA CELDA DE LCD TFT es la abreviatura de Thin Film Transistor (Transistor de Película Plana) Un panel matricial de LCD sin TFT es una estructura muy simple donde las celdas delanteras de LCD están unidas en forma de fila y las traseras en columna o viceversa. Ver la figura siguiente. FIG 9. ESTRUCTURA DE FILAS Y COLUMNAS EN UNA PANTALLA LCD Cuando se aplica tensión a X2 y Y3 se oscurece el cuadrado de intersección de fila y columna. Queda toda la pantalla trasparente y ese punto opaco. 22 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL LCD En la figura siguiente se puede observar el caso hipotético al conectar esas cintas conductoras a la fuente de CA indicadas en rojo. FIG 10. CUBO TEÓRICO SUPUESTAMENTE OPACO FORMADO EN LA INTERSECCIÓN DE Y3 X2 Un análisis más detallado nos indica que existe una torcedura menor alrededor de este paralelepípedo en el sentido de las dos bandas que están activas ya que el campo eléctrico se establece también en forma no perpendicular a las bandas conductoras. En la figura siguiente se puede observar las dos bandas activas con el paralelepípedo de máxima opacidad y las zonas semiactivadas por el campo eléctrico oblicuo. 23 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL LCD FIG 11. EXTENSIÓN DEL ÁREA OPACA Realmente no importa donde se produzca una rotación del plano de polarización de la luz; es lo mismo si se produce en la cara por donde entra la luz o en la cara por donde sale. El efecto va a ser el mismo; una opacidad no tan grande como en el centro del píxel pero una opacidad al fin. Para el usuario el píxel que debería aparecer perfectamente cuadrado aparece como un cruz difusa según se puede observar en la figura siguiente FIG 12. PIXEL EN FORMA DE CRUZ DIFUSA EN LA PANTALLA LCD SIMPLE 24 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL LCD Para evitar este problema el generador debería estar aplicado a un solo píxel lo cual implica desconectar todos los pixeles menos uno de una de las barras metalizadas, es decir dejar conectado solo la metalización del píxel activo. Los otros pixeles al no tener tensión aplicada se hacen totalmente transparentes. Cualquier dispositivo que pueda funcionar como llave serviría para conectar y desconectar un píxel pero de todos el más común es el más apropiado para esta función: El transistor MOSFET. Pero no se trata de un transistor común sino de un transistor totalmente plano que se pueda dibujar sobre una de las superficies de vidrio. De cualquier modo el transistor logrado no posee grandes características pero cumple con su cometido. Nos imaginamos que el alumno estará pensando, que si tenemos que controlar cada transistor uno por uno otra vez volvemos al problema inicial de los varios millones de conexiones. En la figura siguiente se puede observar la solución adoptada para resolver el problema de raíz. FIG 13. PIXEL CON EL AGREGADO DE UN TRANSISTOR TFT Observe que en el circuito completo de cada celda con el transistor agregado solo existen dos terminales el X y el Y. No hay modo que se encienda una celda anexa si su terminal Y esta a potencial de masa o si su terminal X no tiene tensión aplicada. 25 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL LCD En la FIG 14. siguiente se puede observar un detalle de un sector de la pantalla que muestra varios píxeles con sus transistores agregados. FIG 14. VARIOS PIXELES CON SUS TFT AGREGADOS TECNOLOGÍAS PARA LA FABRICACIÓN DE PANTALLAS PLANAS Las pantallas planas con una mejor perspectiva de mercado y mejoras significativas a futuro tanto en fabricación, así como en sus características de funcionamiento se podría decir que son las que utilizan materiales orgánicos en sus componentes, debido principalmente a que no necesitan grandes cantidades de energía para su funcionamiento, presentando incluso iguales o mejores características que las pantallas planas que utilizan grandes cantidades de energía para su funcionamiento. 26 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL LCD Es importante mencionar que estas tecnologías para la fabricación de pantallas planas, todavía no son tecnologías maduras, es decir continúan en constante estudio y cada día se presentan mejoras significativas en las mismas. Por tal razón, la comparación con tecnologías que si bien es cierto ya tienen bien establecidos sus parámetros de funcionamiento, todavía se encuentran en estudios pensados principalmente en mejoras de algunas características como por ejemplo el ángulo de visión en LCDs, voltajes de operación en plasma, etc. Otra de las ventajas principales en cuanto a las pantallas planas de componentes orgánicos, es que generan luz, tienen voltajes de operación bajos, con lo cual facilitan ser utilizados en aplicaciones portables. En cuanto al espesor, las pantallas de elementos orgánicos, principalmente las constituidas por moléculas orgánicas, serán insignificantes en comparación a otras tecnologías. Otra gran ventaja es que serán adaptables a cualquier forma, es decir que podrán ser instaladas o creadas en diferentes dispositivos y con una mejor interacción entre ellos. Un aspecto importante en las pantallas planas es el ángulo de visión horizontal, por esta razón se presenta a continuación un gráfico comparativo del ángulo de visión en estas pantallas. FIG 15. ÁNGULO DE VISIÓN DE ALGUNAS TECNOLOGÍAS DE PANTALLAS PLANAS. 27 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL LCD Otro aspecto importante es la flexibilidad que presentan estas pantallas, por lo que las aplicaciones pensadas para éstas ya no son solamente aplicaciones en las cuales las pantallas permanezcan estáticas, en posiciones o lugares fijos, sino que hasta sea posible enrollarlas, manipularlas en ropa, y en cualquier tipo de dispositivo utilizado para la presentación de información. LA GENERACIÓN DE COLORES EN UNA PANTALLA LCD La generación de los colores se realiza colocando filtros de color rojo, verde o azul sobre píxeles contiguos. Así se crea una jerarquía de pixeles llamada subpixeles o “dots” de modo que cada tres subpixeles contiguos se crea un verdadero píxel de color. Ahora que hay absoluta independencia entre un píxel y el píxel adjunto no hay peligro de que se produzcan mezclas de colores. En la figura siguiente se puede observar un detalle didáctico de una sección de la pantalla mostrando cómo se generan puntos de diferente color y brillo. FIG 16. FLUJO 28 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL LCD Detalle de un sector de la pantalla formando un punto rojo brillante un azul medio y verde muy oscuro. En la figura siguiente se observa la verdadera construcción física de la pantalla mediante un corte transversal de una celda LCD completa basada en el principio TN (Twister Nemático) correspondiente a un píxel. FIG 17. CONSTRUCCIÓN FÍSICA DE UN PÍXEL REAL Dado que cada píxel está compuesto por tres “Dots”, entonces existe en realidad una celda LCD por cada “Dot”, siendo el control de cada una totalmente independiente de las restantes. Cada equipo tiene un modo diferente de organizar el direccionamiento de los pixeles tricromaticos. Como por lo general a cada dots se le reserva un byte (8 bits) se suele organizar la memoria final de video como de 24 bits y en esa posición de memoria se guarda la información de los 3 dots. Pero esa información se divide en tres y se envía a cada dots separadamente. 29 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL LCD Dado que ni los filtros polarizadores, ni el material LCD, ni los TFT’s son selectivos con respecto a la longitud de onda de la luz (color); en el cristal superior están montados los filtros de color, utilizados para dejar pasar sólo la componente de la luz incidente en correspondencia con el color del “Dot”. También es característico de la tecnología TN la posición de los electrodos, los cuales están enfrentados y ubicados uno en cada vidrio, con el cristal líquido de por medio. La matriz negra más conocida por su nombre en inglés Black Matriz es simplemente una máscara negra inerte que tiene la función de tapar todas las zonas de la pantalla que no presentan actividad óptica alguna. Con esto se evita la entrada de luz a la pantalla por el frente de la misma y se logra un color más oscuro de la pantalla apagada. Ambas cosas generan un mejor contraste de la imagen. Los espaciadores sólo cumplen la función de darle rigidez al display , y están distribuidos de manera uniforme por todo el panel y escondidos detrás de la matriz negra de modo que no interrumpen la luz. Observe que los TFT también se ubican en la misma línea ciega de modo que la pantalla no tenga perdidas de rendimiento. Finalmente como resumen de todo lo explicado se incluye una vista en perspectiva con un corte transversal del panel en la figura siguiente 30 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL LCD FIG 18. CORTE TRANSVERSAL DEL PANEL TFT 31 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL LCD Considerando todo lo visto es conveniente analizar cómo son las señales que se deben aplicar a una pantalla LCD ya que ese es prácticamente el único dato que tiene importancia en la reparación. Y además hay que explicar cómo se ajusta la persistencia de una celda. En La figura siguiente se puede observar un circuito mucho más real de una pantalla. Observe que los transistores mosfet se dibujan de un modo diferente al normal ya que en realidad no son precisamente mosfet sino llaves controladas por una compuerta o gate. FIG 19 CIRCUITO REAL DE LA PANTALLA LCD En este circuito se pueden observar 9 Dots uno de ellos encendido y los otros apagados. Se trata de un sector de pantalla de 3 x 3 dots. Observe que los pulsos de las compuertas están desfasados de modo que las compuertas de cada fila estén encendidas con una tensión de +25V en tanto que todas las otras estén apagadas con una tensión de –5V. En la figura toda la fila Gn tiene las compuertas bien polarizadas para que el TFT conduzca pero de toda 32 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL LCD la fila solo va a conducir el del centro porque los otros no tienen la tensión adecuada en el terminal de drenaje (Drain) que debe ser negativa mientras la compuerta este activa. No pusimos un valor para V2 porque no todas las pantallas tienen el mismo valor; pero no es un valor alto, por lo general es del orden de los 10V o menos. Donde coincida el valor negativo sobre el drenaje con el valor positivo en la fuente el TFT conduce porque él la compuerta es positiva con respecto al drenaje y las tensión entre drenaje y compuerta se suma. En los otros transistores ocurre justamente lo contrario. El drenaje es positivo y se resta de la tensión de la compuerta. Una vez activada la celda se carga el capacitor conectado entre el terminal de fuente del TFT y la compuerta de la fila anterior. En realidad el capacitor de acumulación que va a generar el efecto de persistencia debería estar conectado al electrodo común de la pantalla. Pero hay una imposibilidad física para hacerlo ya que el terminal del capacitor debería atravesar el cristal líquido. Conectarlo a la compuerta de la fila anterior es sencillo y como esta fila esta a –5V el capacitor se carga a un potencial mayor. La misma celda tiene una capacidad con respecto al electrodo común que produce su propia persistencia. Cuando el transistor TFT se abre, la celda permanece activada por un tiempo algo menor que el periodo vertical manteniendo el dots al nivel adecuado de verde de rojo o de azul. ¿Cómo se regula ese nivel? Ese nivel depende de la tensión de carga del capacitor de acumulación y ese capacitor se puede cargar más o menos de acuerdo a la tensión de drenaje o de acuerdo al tiempo en que la tensión de drenaje este conectada al potencial negativo; es decir que se trata de un sistema tipo PWM. Por eso a los terminales de columna se los llama también terminal de datos cuando trabajan en este modo. ¿Qué se observa si se conecta un osciloscopio sobre un terminal de compuerta? Se observa un pulso muy fino de 25V que aparece cada 20 mS aproximadamente o a la frecuencia vertical de la señal recibida y tiene una duración que depende de la definición vertical de la pantalla LCD. Las pantallas pequeñas del orden de la 7” suelen tener una definición vertical muy pobre de algo más que 250 líneas es decir que tienen 250 pixeles en sentido vertical (y unos 450 en sentido horizontal lo cual da una cantidad total de 250 x 450 x 3 = 330.000 pixeles). Si se conecta el osciloscopio sobre un terminal de columna la frecuencia de repetición del pulso será de unos 15.600 Hz o de 32.000 Hz de acuerdo a la señal o inclusive de 64 KHz si es una pantalla que admite PCs. En cuanto al ancho puede ser variable por lo general en 64 valores diferentes si el equipo trabaja a 8 bits. 33 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL LCD En la práctica casi nunca se tiene acceso directamente a los terminales de fila y columna en una pantalla moderna. En efecto si se trata de una pantalla pequeña de baja definición de las utilizadas más que nada como visores electrónicos de cámaras o DVDs portátiles o pequeños TVs de viaje se puede observar que nunca se cumple la ecuación Te = F + C (terminales del flex de conexión igual a cantidad filas más cantidad de columnas) sino que hay muchas menos pistas que las que debieran existir. Tal vez 10 veces menos. La única explicación a este hecho es que la misma pantalla posee inteligencia. En efecto cuando un fabricante está obligado a realizar un cuarto de millón de TFTs sobre una de las placas de vidrio no le importa fabricar un millón y realizar sobre la pantalla un puerto de comunicaciones paralelo, que opere como multiplicador de filas y otro que opere como multiplicador de columnas o algún otro sistema de exploración. Es decir que las 250 filas y las 450 columnas existen realmente sobre la superficie de vidrio trasera pero no tenemos acceso a ellas. Nuestra función como reparadores se limita a observar que el flex que lleva señal a la pantalla tenga actividad digital de 0 a 3,3 o de 0 a 5V y que se envíen otras tensiones de fuente por el flex. En pantallas aptas para HD la cosa es diferente. Por lo general poseen 1048 filas y 1863 columnas si son de 16/9 es decir 2911 pistas de conexión y 5.850.000 pixeles de los tres colores. En este caso por lo general sobre el borde de la pantalla se observan una gran cantidad de CIs del tipo pegado al impreso, sin encapsulado. Salvo que Ud. pinche el flex del lado que ingresa a la pantalla tampoco tiene acceso a las filas y columnas. TECNOLOGÍA LCD Las pantallas de LCD (cristal líquido) están presentes en un sinnúmero de aparatos, desde la limitada imagen que muestra una calculadora de bolsillo hasta televisores con pantallas para proyección de 50 o más pulgadas. Se componen de miles de pequeños cristales líquidos, que no son sólidos ni líquidos en realidad, sino un estado intermedio. Una característica de estos materiales es que cambian su estado físico y forma por variaciones de temperatura o bajo la acción de un campo eléctrico. Según la disposición molecular y el ordenamiento de las partículas del cristal líquido se les clasifica en nemáticos, esméticos y colestéricos. Las pantallas de LCD funcionan con los del tipo nemático trenzado, cuyas partículas forman una espiral que se puede enderezar al paso de una carga eléctrica. 34 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL LCD A diferencia de las pantallas de plasma, en las pantallas de LCD, cada cristal líquido no emite luz por sí mismo. Las pantallas de LCD pueden ser reflectivas, lo que implica que muestran algo en función de la luz que proviene de una fuente externa o, bien, tienen una fuente de luz en el fondo. Así es como operan la mayoría de pantallas LCD presentes en computadoras portátiles, monitores de equipos de escritorio y grandes pantallas de video. En equipos de bajo costo, como las calculadoras, se emplean cristales líquidos de “plano común”, ya que siempre muestran el mismo tipo de información. En las pantallas de computadora o de mayor tamaño se usan LCDs de matriz pasiva y de matriz activa. En el primer caso, se hace pasar corriente eléctrica a través de una malla de conductores arriba y debajo de la placa de cristal líquido. De esta forma, en el punto donde se encuentran las cargas eléctricas, el pequeño cristal líquido se “destuerce”, permitiendo el paso de la luz que viene del fondo. La tecnología de matriz pasiva tiene, sin embargo, dos serias desventajas: el tiempo de respuesta de la señal y el poco control del voltaje. Lo primero implica que cuando se hacen movimientos rápidos en la imagen, por ejemplo, al trasladar el apuntador del ratón de un lugar a otro, se aprecian “fantasmas” en la pantalla, siguiendo al apuntador. Y dado también que el control de voltaje es impreciso, los pixeles que rodean a un punto activado pueden estar recibiendo algo de carga eléctrica, traduciéndose en imágenes con poco contraste. Por su parte, las pantallas LCD de matriz activa poseen transistores y capacitores para cada punto o píxel, lo que facilita un mayor control de qué cristal líquido se activa y cuál no, además de mayor precisión en el grado de polarización de cada cristal, llegando hasta 256 grados de brillantez por píxel. Para que la pantalla de LCD muestre colores y variantes de los mismos, se requiere que cada píxel contenga tres subpixeles, uno para cada color básico (rojo, verde y azul). Si en la matriz activa cada subpíxel de cristal líquido puede tener 256 niveles distintos, la cantidad de colores posibles es de 2563, es decir, 16.8 millones. Y tal gama requiere de una importante cantidad de componentes electrónicos en las pantallas de matriz activa. Tomemos por ejemplo una convencional computadora portátil: si tiene resolución de 1024 x 768, cada punto con tres subpixeles, tan sólo la pantalla posee más de dos millones trescientos mil transistores. TFT – LCD (Thin Film Transistor – Liquid Cristal Display) Cada píxel en un LCD se divide en 3 sub.píxeles, cada uno con un filtro óptico diferente: Rojo, Verde, Azul. Combinaciones de estos producen el color deseado. Un campo eléctrico provoca el cambio de posición de sus moléculas cual determina que combinación de color es reproducido y la vez transmitido al usuario. 35 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL LCD FIG 20. LOS COLORES FIG 21. LOS COLORES 2 . 36 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL INTERIOR DE UNA PANTALLA LCD EL INTERIOR DE UNA PANTALLA LCD PANTALLA DE CRISTAL LÍQUIDO - LCD. 1. Film de filtro vertical para polarizar la luz que entra. 2. Substrato de vidrio con electrodos de Óxido de Indio ITO. Las formas de los electrodos determinan las formas negras que aparecen cuando la pantalla se enciende y apaga. Los cantos verticales de la superficie son suaves. 3. Cristales líquidos "Twisted Nematic" (TN). 4. Substrato de vidrio con film electrodo común (ITO) con los cantos horizontales para alinearse con el filtro horizontal. 5. Film de filtro horizontal para bloquear/permitir el paso de luz. 6. Superficie reflectante para enviar devolver la luz al espectador. En un LCD retroiluminado, esta capa es reemplazada por una fuente luminosa. FIG 22. PARTES DE UN LCD FIG 22. PARTES DE UN LCD 2 37 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL INTERIOR DE UNA PANTALLA LCD PARTES DE UN MONITOR LCD Módulos: 4 Módulos principales Power Board (Fuente de poder) Interface Board (Tarjeta principal) Control Board (Tarjeta de navegación del menú) LCD Panel FIG 23. DIAGRAMA PARTES DE UN MONITOR 38 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL INTERIOR DE UNA PANTALLA LCD APERTURA POR PARTES Primero debemos retirar los tornillos en los extremos del monitor, no olvidar poner una esponja o algún material que cuide la pantalla de no ser dañada, cabe hacer mención que los monitores LCD no siempre están cerrados en base a tornillos a medida de que van surgiendo nuevos modelos los ensamblados y acabados son diferentes y esto hace que varié en mucho el exterior del mismo. FIG 24. DESARMADO 1 La pantalla tiene unos seguros en los extremos, por lo cual debemos utilizar un desarmador con mucho cuidado para no dañar la cubierta, por lo general son una especie de grapas las cuales hacen que a pesar de que el LCD no esté asegurado con tornillos este se cierre de manera hermética. 39 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL INTERIOR DE UNA PANTALLA LCD FIG 25. DESARMADO 2 Todos estos seguros van alrededor de la pantalla y unen las partes llamadas bizel de pantalla y Tapa de pantalla que forman parte de la carcasa del monitor. Una vez abierta la pantalla LCD nos vamos a encontrar con una malla metálica cuya principal función es proteger las partes electrónicas y también funcionar como una jaula de Faraday. 40 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL INTERIOR DE UNA PANTALLA LCD FIG 26. DESARMADO 3 Una vez que la cubierta fue retirada tendremos acceso a la fuente y tarjeta principal de la pantalla. FIG 27. DESARMADO 4 41 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL INTERIOR DE UNA PANTALLA LCD SECCIÓN DEL INVERTER Y TARJETA DE VIDEO La función del inverter es proveer de flujo eléctrico a la o las lámparas que iluminan la pantalla de LCD, funcionan como una balastra de una lámpara de neón. Recibe la señal desde la computadora y la procesa para que sea desplegada en la pantalla FIG 28. DESARMADO 5 42 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL INTERIOR DE UNA PANTALLA LCD FIG 29. FUENTE FIG 30. TARJETA DE VIDEO 43 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL INTERIOR DE UNA PANTALLA LCD En esta imagen se puede apreciar en si lo que es el LCD sin la sección del backligth FIG 31. LCD FIG 32. EL AREA DEL BACKLIGTH CCFL 44 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL INTERIOR DE UNA PANTALLA LCD FIG 33. FILTROS DE LUZ FIG 34. LAMPARAS CCFL 45 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EL INTERIOR DE UNA PANTALLA LCD FIG 35. BACKLIGTH EDGE FIG 36. BACKLIGTH EDGE 46 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD PRINCIPALES FALLAS EN PANTALLAS LCD PRINCIPALES FALLAS EN PANTALLAS LCD Con una nueva tecnología, se conllevan nuevas preocupaciones y problemas para el consumidor final, en las PC vemos esto todos los días y no cambia, ahora con la introducción masiva del LCD, se están creando nuevas paranoias colectivas. En este caso, analizaremos algunos de los problemas principales en la tecnología LCD. Sin duda es necesario leer revisiones en Internet antes que comprar ningún monitor que sea una ganga de temporada en precio y que lo adquirido funcione bien dentro de los rangos actuales. Dos monitores LCD no funcionan igual y responden a diferentes factores medioambientales. Los LCD (Liquid Crystal Display) basados en TFT (Thin Film Transistor - Transistor de Película Fina) tienen diversos problemas que habría que enterarse oportunamente, aunque sus amplias ventajas, como el brillo-contraste y el ahorro de energía los hace ideales para la gran mayoría. Sin lugar a dudas las fallas en las pantallas lcd varían dependiendo tanto del modelo como de la marca, así como si son EDGE o CCFL pero sin lugar a dudas al manejar tecnología lcd las fallas son principalmente las que el usuario puede ver a simple vista y que al tratarse de una tecnología delicada hacen difícil pasar desapercibidas. MANCHAS BLANCAS Las Manchas blancas de un LCD generalmente aparecen en las pantallas suaves de los portátiles, varios factores, incluso tocar o limpiar con químicos la pantalla puede propiciar su aparición. Un factor que sin duda contribuye es la temperatura que alcanza el monitor de un portátil, además que inutiliza su uso para factores profesionales, esto sucede por la deformación de la película de transistores provocando una especie de "efecto holograma". Si su LCD es de escritorio no debería presentar este problema, salvo que sea muy antiguo, de ser nuevo cámbielo inmediatamente. 47 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD PRINCIPALES FALLAS EN PANTALLAS LCD FIG 37. MANCHAS BLANCAS BACK LIGHT LEAKING La luz de respaldos de la pantalla; es una de las molestias que tal vez más común, su origen es a causa de la forma en que está pegada la película TFT en la pantalla, así como la forma en que la presión del marco influye para que veamos ese halo blanco, pues recordemos que si miramos desde un ángulo distinto a una perpendicular perfecta hacia la pantalla, los colores se ven más blancos y si la película entonces está un poco deformada eso causará que se generen halos. Es por eso que cuando miramos de un ángulo distinto, dichos halos desaparecen. Generalmente los LCD tendrán en mayor y menor grado este problema, existen muchas marcas (LG, AOC, Sony, Viewsonic, etc.) y poco es lo que hace respecto a este problema en sus monitores de gamma baja, aunque claro cada vez es la mayor demanda para que se haga algo al respecto, por lo que algunas marcas ya están lanzando soluciones en su gama alta. Si están en rangos aceptables de 1 y 1.5 centímetros en las orillas superior e inferior, no se preocupe demasiado, excepto si el brillo es muy elevado. 48 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD PRINCIPALES FALLAS EN PANTALLAS LCD FIG 38. BLACKLIGTH LEAKING PIXELES MUERTOS Y PIXELES SIEMPRE ENCENDIDOS Esto ocurre cuando un transistor se daña, se vuelve muy sensible o deja de responder a los estímulos eléctricos de manera adecuada, lo cual genera cuadritos blancos (también pueden ser de colores verde, azul y rojo) siempre prendidos o puntos negros, las causas muy diversas y siendo algo casi sin remedio una vez que aparece. Por lo que se recomienda, en caso de aparecer en un monitor nuevo, cambiarse inmediatamente, es por eso que debe evitar comprar monitores LCD por Internet o de segunda mano, pues es un componente muy delicado que merece ser comprado nuevo y en una tienda establecida a la que tenga fácil acceso. 49 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD PRINCIPALES FALLAS EN PANTALLAS LCD FIG 39. PIXELES MUERTOS Existen métodos para reparar este problema, pero puede generar más problemas si no se hace correctamente Ejemplos de Pixeles muertos o siempre encendidos: FIG 40. PIXELES MUERTOS 50 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD PRINCIPALES FALLAS EN PANTALLAS LCD MICROFISURA O MANCHA DE COLORES EXPANDIÉNDOSE Daño ocasionado por una rasgadura, esto hace que entre oxígeno en áreas de la película plástica TFT y la película de la pantalla, puede ser detenida con un acrilato como Kola-loka o pegamento para uñas aplicado sobre la superficie rota. Esto sólo solucionará la expansión de la mancha que distorsiona los colores, es preferible cambiar el monitor por uno nuevo. Se evita: no tocando la pantalla y alejarla de fuentes de calor como la luz del sol, Los diseñadores gráficos tienen mucho este daño debido a que sus clientes tocan con las uñas la pantallas cuando señalan algo ;) (Hay que cuidar esas manitas o poner un filtro de protección). FIG 41. MICROFISURA 51 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD PRINCIPALES FALLAS EN PANTALLAS LCD IMAGEN FANTASMA E IMAGEN PERSISTENTE Es un problema de los viejos monitores y pantallas de CRT o (Cathode Ray Tube), ocurría cuando la pantalla, compuesta de fósforo se marcaba con una imagen; causada porque el usuario fue descuidado y dejo el VCR o DVD en pausa y se olvido. Cuando regresó la pantalla tenía una imagen fantasma que dependiendo del tiempo podía a ser permanente. Los LCD presentan este problema como imagen persistente, aunque dependiendo del modelo y tecnología, puede ser temporal. Pero el problema principal, no es que sea temporal, sino que tiende a dañar algunos transistores, lo que ocasionará pixeles siempre iluminados o definitivamente muertos o apagados. FIg 42. IMAGEN FANTASMA |Actualmente los monitores se apagan automáticamente después de un tiempo de uso, pero para el oficinista, el ilustrador entre otros oficios de larga duración frente al monitor con muchos colores blancos puede marcar de la misma forma su monitor, por lo que una pausa a su monitor y sus ojos permiten un mayor tiempo de vida para ambos. 52 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD PRINCIPALES FALLAS EN PANTALLAS LCD TIEMPO DE RESPUESTA Este es un error o defecto de la tecnología LCD: Es el tiempo que tardan en actualizar un pixel del blanco al negro ó al gris, este problema es uno de los mayores inconvenientes del LCD y pese a que actualmente es imperceptible. Esto hace que en monitores con tiempos de respuesta inferiores o iguales a 16 milisegundos (ms) al mover o mostrar una secuencia continua de imágenes se superpongan o más bien, se vea superpuesta la imagen anterior a la que le sigue, esto para efectos de desplazar verticalmente el texto se nota como un blur o suavizado, lo mismo pasa en los juego y películas, actualmente, todos los monitores tienen un tiempo de respuesta de 5ms y eso permite que no se note demasiado. Este efecto puede ser molesto por el efecto fantasma que deja al ver películas, por lo demás, si planea comprar un LCD cerciórese que sea de 5ms o menos. PANTALLA CCFL QUE ENCIENDE Y EN SEGUIDA SE APAGA Cabe hacer mención a este problema ya que es el principal problema en los equipos LCD ya que por el hecho de trabajar por una fuente de iluminación independiente (lámparas) al finalizar el ciclo de vida de estas o al dañarse el equipo se vuelve completamente inservible. La mayoría de los equipos de cualquier marca puede llegar a presentar este problema que es originado por el mal funcionamiento de dichas lámparas la cual al dejar de funcionar una o las dos en algunos casos deja de haber iluminación en la parte posterior del display lo cual hace que parezca que el equipo ha dejado de dar video aunque el equipo siga encendido y si se observa el equipo a contraluz se puede observar que el equipo sigue dando video, solo que ya no se ilumina, este problema es el que más ha aquejado a las marcas proveedoras de Pantallas LCD, obviamente este problema solo aqueja a los que funcionan con tecnología CCFL y que fue el principal factor para dar un paso a delante con la tecnología EDGE. 53 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD PRINCIPALES FALLAS EN PANTALLAS LCD FIG 43. LAMPARA DAÑADA 1 FIG 44. LAMPARA DAÑADA 2 54 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD PRINCIPALES FALLAS EN PANTALLAS LCD FIG 45. LAMPARA DAÑADA 3 FIG 46. EFECTO DE LAMPARA DAÑADA 55 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EXPERIENCIA LABORAL EXPERIENCIA LABORAL En mi trabajo dentro de un laboratorio en el área de servicio, un factor determinante es el diagnostico rápido de fallas, ya que el tiempo de respuesta que se le da al cliente siempre debe de ser el menor posible, así que mientras mas rápido y más eficazmente se determine cuál es la falla de un equipo siempre será mucho mejor para el cliente y para la empresa, en base a la experiencia es mucho mas fácil determinar algunas fallas o el porqué de algunos problemas así como poder determinar si alguna falla es producto de un daño externo o propio del equipo. Vamos a dejar de lado la discusión sobre que es mejor si un LCD LED (local dimming o un EDGE) o un LCD (CCFL), al estar hablando de los dos estamos hablando de tecnología LCD la única diferencia es el backligth, hoy en día es mucho mejor adquirir ya un monitor que lleve tecnología LED va a ser más delgado y además el tiempo de vida útil va a ser mayor que los equipos LCD CCFL. Si bien ésta una de las decisiones menos problemáticas a la hora de comprar una computadora ,elegir un monitor requiere tomar en consideración algunas variables importantes ya que, al fin y al cabo, es el componente con el que más tiempo vamos a interactuar. Lo cierto es que en la mayoría de los casos, sobre todo en lo que a puestos de trabajo administrativos se refiere, acabamos eligiendo el que viene incluido con el equipo o el más económico en ese momento, sin entrar a valorar sus características. Puede no ser una mala elección, pero no deberíamos quedarnos ahí. No son pocas las consecuencias negativas de utilizar una pantalla inadecuada, sea por su tamaño o por su falta de versatilidad a la hora de ubicarla adecuadamente, en mi experiencia estos son algunos de los aspectos que deberíamos tener en cuenta antes de decidirnos por uno u otro modelo. Estas consideraciones están orientadas desde el punto de vista de un trabajo de oficina. Tamaño y formato de la pantalla: la mayor parte de los monitores disponibles hoy en día vienen en formato panorámico. No es una mala elección (cuestión de acostumbrarse si vienes de utilizar el formato tradicional) y en principio 19 pulgadas deberían bastar para trabajar cómodamente. Resolución: no deberíamos tener problemas con esto, pero hay que tener en cuenta que todas las pantallas disponen de una resolución nativa para su visionado óptimo (1440×900 es la habitual en los monitores widescreen de 19”). Si lo compramos junto con la computadora no tendremos dificultades, pero si vamos a incorporarlo a un equipo de bajo 56 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD EXPERIENCIA LABORAL perfil y con cierta antigüedad, habrá que asegurarse de que la tarjeta de video del mismo es capaz de trabajar con ella. Capacidad de ajuste: uno de los puntos más importantes y que se suele dejar de lado es la capacidad del monitor para ajustarse a diferentes posiciones, sobre todo en altura e inclinación. Aunque cada vez hay más que lo permiten, no en todos los modelos se pueden modificar estos parámetros, fundamentales si consideramos las implicaciones ergonómicas que tienen. Evidentemente día a día siguen saliendo nuevas gamas de monitores en los cuales se trata como con cualquier dispositivo tecnológico mejorar a su predecesor como lo puede ser haciéndolos más delgados o ligeros o superando su tiempo de respuesta, aun así no cabe duda de que el LCD es la tecnología reinante en este momento en espera de ser superada. VENTAJAS DE LOS MONITORES LCD Área visible real 30% del consumo eléctrico de un CRT Solo un 25% del espacio del CRT No emite radiación Sin emisiones de luz azul Sin reflejos RECOMENDACIONES 1. Usen regulador de corriente, el monitor de LCD, es muy sensible a los picos de corriente eléctrica. 2. No toque con las manos el monitor, ni deje que otros lo hagan. 3. No limpie su monitor, desde el principio cúbralo con un filtro de protección de pantalla LCD, puede comprarlos tanto en formato 16:10 y 16:9, según la proporción de su monitor, o en su defecto pegue una mica de plástico en el marco de monitor, nunca dentro, ni sobre la pantalla. 4. En caso de tener que limpiarlo vea el instructivo y limpie según se recomienda, nunca de otra manera. 57 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD CONCLUSIONES CONCLUSIONES La realidad es que los LCD son la tecnología del momento superando por mucho al plasma en cuando a funcionamiento y a vida útil, los monitores de cristal líquido, o LCD, son ya conocidos por los usuarios de computadoras con pantalla plana. Pero esta tecnología es ya realidad en los televisores domésticos cada día más y mas hogares cuentan con este tipo de pantallas Las pantallas de LCD tienen excelentes contraste y nitidez. El uso de cristal líquido en monitores de grandes tamaños ha crecido los últimos dos años. El obstáculo principal residía en la fabricación de un mother glass grande y ancho lo suficiente para monitores superiores a 21 pulgadas. Los avances considerables en este sector en los últimos años han supuesto un beneficio importante para los fabricantes. Hoy en día la tecnología está avanzando a pasos agigantados y el LCD continua dando mucho de qué hablar tanto que ahora empieza a integrar la tecnología 3D y que año con año continua evolucionando. 58 FUNCIONAMIENTO DE LAS PANTALLAS LCD BIBLIOGRAFIA BIBLIOGRAFIA LA BIBLIA DEL LCD Ing. Alberto H. Picerno Escuelas Picerno 2007 CREACIONES MULTIMEDIA. Philip Shaddock. Waite Group Press, 1994. POLARIZATION ENGINEERING FOR LCD PROJECTION Robinson Michael G. 2008 REPARANDO TV PLASMA Y LCD Salvador Amalfa México Digital Comunicación 2007 http://es.wikipedia.org/wiki/LCD http://www.informatica-hoy.com.ar/hardware-monitores/Monitores-LCD.php http://actualtecnologia.blogspot.com/2008/03/como-funciona-un-lcd.html 59
