Atenuación local: perfeccionamiento de las pantallas LCD

La retroiluminación de las pantallas LCD afecta a varios parámetros de la aplicación final. Existen dos tipos de retroiluminación en el mercado: la retroiluminación de borde y la retroiluminación directa. Su rendimiento puede verse aún más influido por el uso del ajuste dinámico del brillo en zonas individuales de la pantalla, es decir, la tecnología de atenuación local (y, en algunos casos, la opción de pantalla completa). En el artículo aprenderá las diferencias, ventajas y desventajas que ofrecen las tecnologías de retroiluminación actuales.

¿Qué es la retroiluminación?

A la hora de clasificar las pantallas LCD, podemos distinguir tres tipos en función de cómo se ilumine el contenido presentado en la pantalla:

• soluciones reflectantes reflectante – pantallas en las que el contenido está iluminado por la luz ambiente y el efecto se consigue utilizando, por ejemplo, un espejo para reflejarla; se utilizan, por ejemplo, en las siguientes aplicaciones en calculadoras;
• soluciones como transmisivos – en las que el contenido se ilumina con la luz emitida por una retroiluminación;
• soluciones transflectivas transflectiva – pantallas que combinan ambas tecnologías; por ejemplo, utilizan espejos y retroiluminación.

Desde la perspectiva del tema tratado en este artículo, nos interesan las soluciones del tipo transmisivo y transflectiva, ya que en ellas se utiliza retroiluminación. Se trata de una «capa» adicional de la pantalla LCD cuya función es emitir luz. Esto es necesario para que la imagen aparezca en la pantalla. Originalmente, la fuente de luz de la retroiluminación era la tecnología de tipo CCFL, pero ésta ha sido bastante sustituida por LED más eficientes.

Tipos de retroiluminación en pantallas LCD-TFT

Las pantallas LCD-TFT utilizan distintas tecnologías de retroiluminación de matriz de cristal líquido para garantizar un brillo y un contraste de imagen adecuados. Las más populares son la retroiluminación con iluminación en los bordes (ELED), en la que los LED se colocan en el borde de la pantalla, la retroiluminación con iluminación directa (DLED), con LED distribuidos uniformemente detrás de la matriz, y la atenuación local de matriz completa (FALD), que es una evolución de la DLED con control individual del brillo de cada LED. Cada una de estas tecnologías tiene sus propias ventajas e inconvenientes, que determinan su uso en modelos de pantalla específicos.

¿Qué es la retroiluminación edge-lit (ELED)?

En las soluciones con iluminación de borde (ELED), los LED se disponen en línea en el borde de la pantalla LCD. En las aplicaciones industriales, la retroiluminación suele colocarse en el borde inferior, reforzándose a veces con una banda adicional de LED, por ejemplo en el borde superior. Una solución poco frecuente es rellenar los cuatro bordes.

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¿Qué es la retroiluminación de luz directa (DLED)?

En las soluciones de iluminación directa (DLED), los LED están distribuidos uniformemente en un plano detrás del panel LCD. Cabe señalar que incluso un LED colocado directamente detrás del panel en lugar de en el borde, hace que la solución sea reconocida como tipo. Por supuesto, los fabricantes utilizan más de un LED en la retroiluminación, ya que el número de LED afecta significativamente a la legibilidad de la información presentada.

Iluminación perimetral frente a iluminación directa

Aquí hay que decir honestamente: «depende». – principalmente del tipo de aplicación para el que se seleccione la pantalla LCD. Las dos tecnologías pueden compararse en función de las diferencias que se derivan, por ejemplo, del número de LED utilizados en el diseño de la retroiluminación. Entre ellas cabe citar:

• Consumo de energía: cuantos menos LED, menor consumo de energía; en este caso, las soluciones con iluminación de borde tienen ventaja;
• Costes de producción: cuantos más LED, más altos son los costes de producción, lo que supone de nuevo una ventaja para las soluciones edge-lit;
• calidad de imagen: cuantos más LED, mayor uniformidad de la retroiluminación, lo que se traduce en una mejor calidad de imagen, incluidos un mayor brillo y contraste, al tiempo que se elimina el fenómeno del resplandor alrededor de los elementos brillantes presentados sobre un fondo oscuro; las soluciones de iluminación directa están a la vanguardia en este aspecto.

Para algunas aplicaciones, la «compacidad» de la pantalla LCD y, por tanto, sus dimensiones, incluido el grosor, pueden ser un factor determinante. En este caso, puede ser necesario utilizar una variante con iluminación en los bordes, que -por diseño- son más delgadas.

Hemos tabulado las principales diferencias:

¿Qué es una guía de luz?

En el contexto de la retroiluminación, también cabe mencionar las guías de luz, que -en función de la disposición de los LED- permiten lograr un nivel satisfactorio de uniformidad de la retroiluminación mediante la dispersión de la luz procedente de cada uno de los LED. Para ello se utiliza una guía de luz (LGP – light guide plate) especialmente diseñada, que es una capa de difusor de plástico semitransparente (normalmente de PMMA) que difunde la luz a través de una serie de lengüetas espaciadas de forma irregular. La idea es conseguir una distribución de la luminosidad lo más uniforme posible en toda la superficie de la pantalla.

Uniformidad de luminancia, es decir, homogeneidad/linealidad de la retroiluminación

Uniformidad de luminancia/linealidad de la retroiluminación) es uno de los parámetros de las especificaciones técnicas de una pantalla LCD. Se mide determinando el brillo de varios puntos de la pantalla elegidos al azar. A partir de la diferencia entre el punto más brillante y el más oscuro, se calcula la uniformidad de la retroiluminación expresada en porcentaje. Cuanto más se acerque al 100%, mayor será la uniformidad de la retroiluminación, es decir, menores serán las diferencias de brillo en toda la pantalla.

¿Cómo funciona la atenuación local?

La atenuación local es una tecnología zonal (definida como rectángulos, columnas o filas) para ajustar la retroiluminación de la pantalla controlando dinámicamente la cantidad de luz en una parte determinada de la pantalla. Las partes más oscuras de la imagen estarán menos iluminadas y las más claras se iluminarán en consecuencia, lo que no sólo mejora el contraste, sino que también consigue una verdadera profundidad del negro.

Sin embargo, hay situaciones en las que la atenuación local puede distorsionar la imagen. Esto ocurre, por ejemplo, cuando se trata de objetos pequeños sobre un fondo homogéneo. Un buen ejemplo son las estrellas en el cielo nocturno: pueden ser menos visibles en una pantalla LCD con atenuación local, porque la zona recibirá información de que la mayor parte de la imagen está oscura y reducirá la cantidad de retroiluminación necesaria para iluminar las estrellas.

La atenuación local puede utilizarse de varias maneras, tanto en las soluciones de iluminación de borde como en las de iluminación directa. Cabe recordar que el uso de la tecnología de regulación local implica, entre otras cosas, la necesidad de adaptar el control que gestiona el encendido y apagado de los LED individuales (PWM – Pulse-Width Modulation – modulación del ancho de pulso de la fuente de alimentación para los LED seleccionados).

¿Qué es la atenuación local completa (FALD)?

La atenuación local de matriz completa es un desarrollo avanzado de las capacidades de la retroiluminación de luz directa mediante el control individual del brillo de cada uno de los LED que componen este tipo de retroiluminación. Esto permite -gracias al contraste conseguido y a la excelente reproducción de negros y grises- lograr una calidad de imagen aún mejor. Sin embargo, se trata de una solución cara de producir e implantar. Su uso se recomienda para aplicaciones que requieren la máxima precisión y una presentación dinámica de la imagen.¿Cuál es la diferencia entre la tecnología LED full-array y la regulación local directa? Full-array tiene la capacidad de controlar LED individuales, mientras que la iluminación directa se aplica a toda la superficie de la pantalla, sin zonificación. Si la precisión de la imagen resultante de la pantalla es primordial en su proyecto, la elección de LED directo frente a full-array recaerá en este último. Si, por el contrario, desea optimizar su proyecto en términos de coste, pero seguir teniendo la posibilidad de iluminar completamente toda la superficie de la pantalla (por ejemplo, en un entorno intensamente iluminado), entonces puede optar por la retroiluminación de luz directa.

La retroiluminación y la vida útil de las pantallas LCD

La vida útil de una pantalla LCD es -en términos sencillos- el tiempo que tarda el contenido en presentarse en la pantalla LCD sin fallos. Los fabricantes especifican un parámetro para cada modelo de LCD, que se denomina vida útil de los LED, es decir, el periodo medio de funcionamiento sin problemas de los LED. Se expresa como el número de horas tras las cuales se produce una degradación gradual de los LED (en cuyo caso se determina que la luminancia de los LED es el 50% del valor original). Con la retroiluminación dinámica (y no tiene por qué ser una variante de matriz completa), reducimos el consumo de LED. Más información sobre la vida útil de las pantallas LCD.

Atenuación local de matriz completa frente a OLED

En las pantallas OLED no es necesario elegir el tipo óptimo de retroiluminación. ¿Puede el OLED ser una alternativa a la matriz completa?La principal diferencia entre estas tecnologías es que en las pantallas OLED cada píxel emite luz, mientras que en las pantallas LCD con tecnología de atenuación local de matriz completa se controlan las zonas de retroiluminación. Esto significa que las soluciones OLED pueden lograr un mayor contraste, colores y negros más intensos, así como un menor consumo de energía. A pesar de ello, las soluciones LCD seguirán siendo más atractivas en términos de costes de producción.Entonces, ¿cuál es el veredicto de la comparación entre OLED y Full Array Local Dimming? Si la calidad de imagen es el único criterio, en este caso recomendamos OLED. Sin embargo, si el presupuesto del proyecto es limitado, merece la pena considerar una retroiluminación de bordes del tamaño adecuado o la opción full-array, más cara y que consume más energía.

Elección final: ¿iluminación lateral frente a iluminación directa, o quizás una variante de matriz completa?

¿Qué tecnología de retroiluminación es la mejor solución para su proyecto? Retroiluminación directa LED vs Edge LED vs full-array – ¿qué tipo de retroiluminación local LED es más popular? A la hora de elegir la tecnología de retroiluminación adecuada, es importante guiarse por el efecto deseado, es decir, los parámetros clave del dispositivo final.Por lo tanto, no hay una respuesta única cuando se compara la retroiluminación local de matriz completa con la retroiluminación local con iluminación en los bordes, ya que la retroiluminación conseguida con estas dos soluciones puede o no encajar perfectamente con el dispositivo final que se está diseñando, dependiendo de cómo lo vaya a utilizar el usuario del dispositivo.

En resumen, el tipo de retroiluminación influye, entre otras cosas:

• parámetros ópticos como el brillo, el contraste, la gama de colores, que ejemplifican la calidad de las imágenes obtenidas (y la legibilidad de los contenidos presentados),
• consumo de energía/eficiencia energética,
• vida útil de la pantalla LCD,
• precio de la pantalla LCD.

Conociendo estas dependencias, el diseñador puede seleccionar la solución precisa que mejor se adapte a la aplicación prevista.Así que si se está preguntando qué elegir: regulación local de LED de borde frente a regulación de matriz completa, lo mejor sería que se pusiera en contacto con nosotros para hablar de la aplicación de destino en la que se colocará el dispositivo diseñado.

Como ejemplo del dilema entre atenuación de matriz completa y atenuación local de borde a borde, una de las aplicaciones más exigentes para las pantallas LCD son los sistemas de señalización digital. Éstos deben proporcionar a los usuarios no sólo un acceso continuo a la información, sino también la mejor recepción de contenidos, incluso en condiciones extremas, como en lugares intensamente soleados. Es en este tipo de aplicaciones donde será posible ver el verdadero potencial que encierran las pantallas LCD avanzadas con, por ejemplo, tecnología de atenuación local de matriz completa implementada: a pesar de las condiciones desfavorables, debería seguir siendo posible leer sin problemas el contenido que se muestra en la pantalla.

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Si tiene dudas sobre si una pantalla LCD concreta es adecuada para el dispositivo que está diseñando, póngase en contacto con nosotros – estaremos encantados de ayudarle a elegir la tecnología adecuada 🤓.