Saber cómo funciona un monitor es esencial para complementar el tutorial de cómo funciona una tarjeta gráfica o GPU. De esta forma, tendremos el ciclo completo y sabremos cómo se generan las imágenes que todos vemos en nuestras pantallas.
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Tecnologías CRT vs LCD
Monitor CRT Philips
Antes de nada, debes saber que existen dos tecnologías de pantallas fundamentales, aunque una de ellas se ha quedado obsoleta. Y estas tecnologías son:
CRT (Cathode Ray Tube): el tubo de rayos catódicos es una tecnología de visualización más antigua presente en monitores y televisores antiguos. Utiliza un tubo de vacío que contiene un cañón de electrones que dispara haces de electrones hacia una pantalla cubierta de fósforo. Los electrones impactan el fósforo y generan puntos luminosos en la pantalla, formando las imágenes. Los monitores CRT se caracterizan por sus colores vibrantes, alta frecuencia de actualización y amplios ángulos de visión. Sin embargo, son más voluminosos, consumen más energía y generan más calor en comparación con los monitores LCD.
LCD (Liquid Crystal Display): es una tecnología de visualización utilizada en la mayoría de los monitores y pantallas modernas. Consiste en una delgada capa de cristal líquido ubicada entre dos paneles polarizados. Mediante la aplicación de corriente eléctrica, los cristales líquidos controlan la cantidad de luz que pasa a través de ellos, lo que crea las imágenes en la pantalla. Los monitores LCD son conocidos por su diseño delgado, bajo consumo de energía, imágenes nítidas y reproducción precisa del color. Además, es importante decir que otros tipos de monitores no LCD, como pueden ser los OLED, y nuevas tecnologías basadas en TFT, también funcionan igual a un LCD en la práctica, aunque con ligeras modificaciones…
Es importante tener conocimiento de las características y especificaciones técnicas más relevantes de los monitores, ya que esto nos ayuda a comprender su funcionamiento. Aquí te presento algunas de estas características:
Frecuencia de actualización: se mide en hercios (Hz) y representa la cantidad de veces que la pantalla se actualiza por segundo. Una frecuencia de actualización más alta puede proporcionar una visualización más suave y reducir el desenfoque en imágenes en movimiento. Por ejemplo, en un CRT está relacionado con la velocidad de muestreo del haz de electrones, mientras que en un LCD se refiere a la cantidad de cuadros o imágenes mostradas por segundo.
Tiempo de respuesta: indica el tiempo que tarda un píxel en cambiar de un estado a otro. Se mide en milisegundos (ms). Un tiempo de respuesta más bajo permite una transición más rápida y reduce el desenfoque en imágenes de acción rápida.
Resolución: se refiere a la cantidad de píxeles que componen la pantalla. Se expresa en términos de ancho y alto, como 1920×1080 (Full HD) o 3840×2160 (4K Ultra HD). Una mayor resolución significa una mayor densidad de píxeles y una imagen más nítida y detallada.
Densidad de píxeles: es la cantidad de píxeles por unidad de área de la pantalla. Se mide en píxeles por pulgada (PPI). Una mayor densidad de píxeles resulta en una imagen más nítida y detalles más finos.
Relación de aspecto: la proporción entre el ancho y la altura de la pantalla. Algunas relaciones de aspecto comunes son 16:9 (panorámica) y 4:3 (cuadrada). La elección de la relación de aspecto depende del uso y las preferencias personales.
Profundidad de color: cantidad de colores diferentes que puede mostrar un monitor. Se mide en bits, como 8 bits (16.7 millones de colores) o 10 bits (1.07 mil millones de colores). Una mayor profundidad de color permite una reproducción más precisa y detallada de los colores.
Contraste: es la diferencia entre el color más oscuro y el más claro que puede mostrar un monitor. Un contraste más alto proporciona una mayor diferencia entre los tonos oscuros y claros, lo que resulta en imágenes más vívidas y con mayor profundidad. Por ejemplo, un monitor con una relación de contraste de 1000:1 significa que la parte más brillante es mil veces más brillante que la más oscura, o que la parte más oscura es mil veces más oscura que la brillante.
Brillo: se refiere a la cantidad de luz emitida por la pantalla. Se mide en candelas por metro cuadrado (cd/m²). Un mayor brillo permite una visualización más clara y legible, especialmente en entornos bien iluminados.
Ángulo de visión: indica la capacidad de ver claramente la pantalla desde diferentes ángulos. Se mide en grados y se representa como ángulo de visión horizontal y vertical. Un ángulo de visión amplio permite una visualización de calidad desde diferentes posiciones.
Cómo funciona un monitor CRT
Antes de comenzar con la descripción del funcionamiento de un monitor o pantalla CRT, lo que tenemos que conocer es las partes de éstas pantallas:
¿Cuáles son las artes de un monitor CRT?
Las partes de un monitor tipo CRT, como los antiguos, están compuestas por:
Bobina de deflexión: se encuentran alrededor del cuello del tubo y se utilizan para generar campos magnéticos que desvían el haz de electrones tanto en dirección horizontal como vertical. Esto permite que la imagen se forme correctamente en la pantalla.
Cátodo: es la parte del CRT donde se generan los electrones. Está compuesto por un filamento, generalmente hecho de tungsteno, que se calienta para liberar electrones a través del efecto termoiónico.
Ánodo o placa de aceleración: es una estructura metálica con forma de disco o cilindro que atrae y acelera los electrones emitidos por el cátodo hacia la pantalla del tubo.
Filamento: está hecho de un material resistente al calor y se calienta mediante una corriente eléctrica. Su función principal es liberar electrones del cátodo. Además, el filamento proporciona soporte físico al cátodo.
Pantalla: es la parte frontal del CRT donde se forma la imagen visible. Está recubierta con una sustancia llamada fósforo, que emite luz cuando es golpeada por los electrones acelerados.
Máscara de sombra o apertura de enmascaramiento: algunos CRT, especialmente los monitores a color, cuentan con una máscara de sombra o apertura de enmascaramiento entre el ánodo y la pantalla. Esta máscara ayuda a separar las áreas de fósforo de diferentes colores y garantiza una reproducción precisa de los colores en la imagen.
Un monitor de este tipo opera mediante el uso de un haz de electrones que se dirige hacia una pantalla cubierta de fósforo, lo que resulta en la formación de la imagen visible. A continuación, se presenta una explicación simplificada del proceso de generación de imagen en un CRT:
Emisión de electrones: en la parte trasera del tubo de rayos catódicos se encuentra el cátodo, que consiste en un filamento eléctricamente calentado. Al calentarse, el filamento libera electrones mediante el efecto termoiónico. Estos electrones tienen carga negativa y forman el haz de electrones.
Aceleración del haz de electrones: una vez emitidos desde el cátodo, los electrones son acelerados hacia el ánodo, también conocido como placa de aceleración. El ánodo tiene una carga positiva que atrae los electrones, acelerándolos a alta velocidad.
Deflexión del haz de electrones: antes de llegar a la pantalla, el haz de electrones pasa a través de las bobinas de deflexión, que generan campos magnéticos. Estos campos magnéticos actúan sobre el haz de electrones, desviándolo tanto horizontal como verticalmente. Esto permite que el haz escanee la superficie de la pantalla en un patrón de líneas horizontales, de arriba a abajo.
Excitación del fósforo y emisión de luz: la pantalla del monitor CRT está recubierta de fósforo, un material que emite luz cuando es impactado por los electrones de alta velocidad. A medida que el haz de electrones barre la superficie de la pantalla, golpea los puntos de fósforo correspondientes a los píxeles de la imagen a mostrar. Cuando los electrones chocan con el fósforo, este se excita y emite luz visible.
Formación de la imagen: al barrer el haz de electrones rápidamente y de manera precisa sobre la pantalla de fósforo, se crea una imagen completa. La combinación de puntos de fósforo excitados y no excitados forma la imagen visible en la pantalla del CRT. La frecuencia de barrido completa de la pantalla determinará los Hz o frecuencia de refresco…
Es importante tener en cuenta que esta explicación simplificada brinda una comprensión básica del funcionamiento de un CRT. Los monitores CRT tienen sistemas más complejos que involucran campos electromagnéticos y sistemas de enfoque para mejorar la calidad de la imagen y controlar el haz de electrones con mayor precisión.
Cómo funciona un monitor LCD (Tecnologías derivadas)
Aunque me enfoco en los monitores LCD en este caso, la información también es relevante para otros tipos de pantallas digitales modernas tipo OLED, MiniLED, etc. Pero antes de nada, es importante conocer las partes:
Partes de un LCD
En las pantallas LCD, también puede ser válido para otras que solo alteran algunas capas o dispositivos emisores, tenemos las siguientes partes:
Panel de transistor de película delgada (TFT): es el componente esencial de un monitor LCD. El panel TFT consiste en una matriz de transistores de capa delgada que regulan el flujo de corriente a través de cada píxel de la pantalla. Estos transistores individuales permiten un control preciso y rápido de cada píxel, lo que resulta en una representación clara de la imagen.
Cristal líquido: es un material transparente situado entre dos capas de vidrio en el panel TFT. El cristal líquido tiene la propiedad de cambiar su estructura molecular cuando se aplica una corriente eléctrica. Esto permite que la luz pase o se bloquee en los píxeles, creando los diferentes colores y tonos que forman la imagen en la pantalla.
Filtro de color: se encuentra encima del panel TFT y consta de varias capas de filtros de color rojo, verde y azul (RGB). Estos filtros permiten el paso de luz de colores específicos a través de los píxeles correspondientes, creando así la representación del color en la pantalla.
Retroiluminación (backlight): es una fuente de luz ubicada en la parte posterior del panel LCD. Su función es proporcionar una iluminación uniforme en toda la pantalla. Las tecnologías comunes de retroiluminación incluyen lámparas fluorescentes (CCFL) o diodos emisores de luz (LED).
Controlador de vídeo: también conocido como controlador LCD, es el circuito electrónico responsable de recibir la señal de vídeo y controlar la generación de imágenes en el panel LCD. Convierte la señal de vídeo en una forma adecuada para que el panel LCD pueda mostrarla correctamente.
Estos son algunos de los componentes esenciales de un monitor LCD. Cada uno de ellos desempeña un papel fundamental en la formación y visualización de imágenes en la pantalla.
LCD y derivados: cómo funcionan
Para saber cómo funciona un LCD y similares, una vez que ya conocemos cuáles son las partes, solo falta describir el proceso de generación de una imagen como hicimos con el CRT:
Capa de matriz de cristal líquido: se compone de dos capas de vidrio con una capa intermedia de cristal líquido. El cristal líquido es un material que puede cambiar su estructura molecular en respuesta a una corriente eléctrica.
Matriz de píxeles: encima de la capa de cristal líquido se encuentra una matriz de píxeles formada por pequeñas celdas. Cada celda de píxel contiene una cantidad de cristal líquido que controla la cantidad de luz que pasa a través de ella.
Filtros de color: sobre cada celda de píxel se colocan filtros de color, generalmente en forma de subpíxeles rojo, verde y azul (RGB). Estos filtros permiten el paso de ciertas longitudes de onda de luz, creando así la representación del color en la pantalla.
Luz de fondo: en la parte posterior del LCD se encuentra una fuente de luz de fondo, típicamente una matriz de diodos emisores de luz (LED). La luz de fondo proporciona la iluminación necesaria para hacer visible la pantalla.
Control de voltaje: se aplica voltaje a través de las celdas de píxeles para controlar la orientación de las moléculas de cristal líquido en cada celda. Esto se logra mediante el uso de transistores de capa delgada (TFT) ubicados detrás de cada celda de píxel.
Polarización de la luz: al aplicar voltaje a una celda de píxel, las moléculas de cristal líquido se alinean de manera que polarizan la luz que atraviesa. Esto afecta la cantidad de luz que puede pasar a través del filtro de color correspondiente.
Formación de la imagen: al controlar el voltaje aplicado a cada celda de píxel, se regula la cantidad de luz que pasa a través de los filtros de color y, por lo tanto, se controla el brillo y el color de cada píxel. Mediante la combinación de millones de píxeles con diferentes niveles de brillo y color, se forma la imagen completa en la pantalla LCD.
Controlador de vídeo: envía señales eléctricas a los transistores individuales para controlar el estado de cada píxel en la pantalla y actualizar la imagen en tiempo real. De esta manera, una pantalla LCD muestra imágenes y reproduce contenido visual.
