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Pantallas legibles a la luz del sol: los parámetros más importantes de las pantallas LCD para exteriores que debe conocer

Introducción a las pantallas legibles por luz solar

El artículo trata de los parámetros más importantes de las pantallas LCD TFT legibles a la luz del sol que deben tenerse en cuenta si la pantalla LCD se va a utilizar en el exterior. Significa que trataremos temas como el contraste, el brillo y los reflejos, y cómo estos parámetros influyen en lo que vemos; y lo que vemos, de hecho, es el contraste, no el brillo de una pantalla. El contraste se deriva del valor del brillo de una pantalla y de los reflejos de la misma, y esperamos que al final de este artículo sepas exactamente cómo funciona y cómo conseguir el mejor posible.

Los parámetros más importantes de las pantallas LCD para exteriores

Tal y como esboza el temario presentado, pasaremos por elementos como el contraste, ya que éste es el factor clave para ver con claridad la imagen y el contenido. También mencionaremos la luz solar y otras fuentes de luz y cómo influyen en lo que vemos en la pantalla. Luego pasaremos a los reflejos, el brillo de la pantalla y, por último, cómo funciona una pantalla a diferentes temperaturas, ya que existen soluciones especiales de pantallas para el entorno exterior (temperaturas muy altas o muy bajas).

Relación de contraste de las pantallas LCD para exteriores

La relación de contraste es un parámetro que se puede encontrar fácilmente en la ficha técnica de cualquier pantalla. Se mide después de la fabricación y se entrega al cliente en forma de número de referencia. Los contrastes de nuestras hojas de datos en los ejemplos anteriores son de un par de cientos de alto y esto es estándar para el tipo de pantalla industrial.

En las pantallas de gama baja, el valor de contraste oscila entre 300 y 500, y en las de gama alta, entre 1000 y 2000. Si tenemos una pantalla con un contraste tan alto, podremos ver la imagen perfectamente. Sin embargo, la cifra será diferente si compras un televisor estándar. Si vas a las especificaciones del televisor, puede que encuentres un número como 1 a 1.000.000, pero es un poco complicado y no es necesariamente lo más importante. Como veremos en la siguiente parte de este artículo, el verdadero contraste en el mundo real es mucho menor incluso que las cifras que se dan aquí para las pantallas industriales, y podría ser incluso cien mil veces menor de lo que se puede ver en las especificaciones de un televisor, y aun así ver la imagen con claridad.

Lo primero que hay que saber sobre el contraste es la relación entre las partes brillantes de la pantalla y las partes oscuras; es fácil de medir: basta con medir el brillo. Si imaginamos que la imagen de una espiral en blanco y negro está en una pantalla LCD, podemos medir cuántas candelas hay en la parte blanca. Digamos que es un expositor de mil candelas o similar. Luego, teniendo la retroiluminación encendida y los píxeles bloqueados, podemos medir cuántas candelas hay en la parte negra. Como la diferencia entre ellas es grande, veremos esto negro y las otras partes blancas, pero esto no es negro de verdad. Como los píxeles no son perfectos y sale algo de luz de ellos (no bloquean la luz a la perfección), cuando medimos la luminosidad, el resultado podría rondar las 10 candelas.

En algunos televisores, como los OLED, por ejemplo, el contraste puede ser muy alto porque cuando el televisor tiene los píxeles apagados, no emiten ninguna luz, y lo que experimentamos es el negro verdadero. Te sugiero que vayas a ver este tipo de TV a una tienda porque es una experiencia diferente. Si tiene un fondo completamente negro, negro verdadero, no es algo a lo que estemos acostumbrados en los televisores estándar con pantalla LCD TFT. Por eso podríamos tener contrastes como un par de cientos o un millar, o un millón, dependiendo de cómo se mida eso.

Entrando más en detalle, consideremos el contraste real que denominamos Relación de Contraste Efectivo (RCE). En nuestras hojas de datos tenemos un CR, Ratio de Contraste. Es un valor que medimos en perfectas condiciones de fábrica, en una habitación oscura donde sólo medimos las partes blancas y oscuras de la pantalla sin reflejos. En el mundo real, sin embargo, tenemos luz en la habitación o en el exterior. Como todas las superficies que no son negras de verdad reflejan la luz del sol, obtenemos reflejos que le añaden brillo. El brillo se añade tanto a la parte blanca como a la negra, lo que reduce considerablemente el contraste.

La tabla anterior presenta una escala de legibilidad de la pantalla LCD en exteriores y, como se puede ver, las relaciones de contraste efectivo son muy, muy bajas en comparación con la hoja de datos que hemos visto antes, donde era de 500 a 1 o incluso de 1.000.000 a 1 en una especificación de TV. Aquí sólo tenemos del 1 al 2, o del 3 al 4 y hasta el 20 y se puede ver que la legibilidad razonable empieza en el 5. 5 es un contraste aceptable y la mayoría de las cosas que vemos están entre 5 y 10. Como puede ver, cuando la relación de contraste efectivo es 10, se lee bien; si es 15, es sobresaliente, y 20, excelente. Lo que ves ahora mismo en tu pantalla podría tener un contraste de 15 a 1 o de 10 a 1 y seguiríamos viendo una imagen perfecta.

Por supuesto, si bajamos demasiado, cerca de 1, entonces no podremos ver nada porque los valores de lo brillante y lo oscuro se igualarán.

El contraste real es mucho menor de lo que podemos ver en las especificaciones, por eso el contraste en sí en una especificación no es el factor más importante para un entorno luminoso. Si trabajáramos en un entorno oscuro, quizá nos fijáramos en el contraste y dijéramos que una pantalla con una relación de 1.000 a 1 es mejor que una pantalla con una relación de 500 a 1, pero en la vida real, cuando tenemos un entorno luminoso, estas dos pantallas tendrán un aspecto bastante similar y serán igualmente legibles porque el valor real de la relación de contraste efectivo será mucho más bajo y está relacionado con otros factores, no con el contraste en sí.

El gráfico anterior presenta algunos cálculos adicionales. Como puede ver, si tomamos un periódico típico, podemos esperar un contraste de 20 a 1 a la luz del sol. Este es muy bajo, pero perfectamente legible y diríamos que el periódico es uno de los mejores que se pueden ver y leer claramente a la luz del sol. Luego tenemos información sobre los portátiles en los que el brillo es menor y una fórmula para calcular el ECR. Más adelante entraremos en detalle en cómo calcularlo, pero como puedes ver, el portátil típico en 2007 tenía un brillo de pantalla de 200, tal vez 300 candelas. Hoy en día los portátiles son cada vez más brillantes, pero entonces, en 2007, podíamos esperar un contraste muy bajo, por lo que era muy difícil leer o trabajar con ese tipo de portátiles a la luz del sol.

Cómo afecta la luz solar a la legibilidad de las pantallas LCD para exteriores

Ahora entremos un poco más en detalle y tomemos el ejemplo con los números de una pantalla de luminosidad media que es de 400 candelas. Como sabes, nuestras pantallas IPS de alta luminosidad son de 1000 candelas por norma, pero aquí hemos utilizado intencionadamente una luminosidad más baja a efectos del cálculo. Así pues, tenemos 400 candelas, y tenemos una relación de contraste de 400, para facilitar el cálculo. A continuación, llevamos nuestra pantalla al exterior, a la luz del sol, donde podemos esperar una luminosidad de unas 10.000 candelas y suponemos cuatro reflejos del 4,5%.

Eso significa que la superficie de la pantalla reflejará el 4,5% de la luz que llega. En este caso reflejará unas 450 candelas, y lo hará en toda la superficie, tanto en las partes claras como en las oscuras. Así, lo que teníamos antes, si salimos al exterior, tenemos que añadir los reflejos y se añaden en toda la superficie, en la parte brillante, y en la parte oscura y, a continuación, el valor de la relación de contraste es completamente diferente, y bajamos de 400 a 2 a 1 solamente.

Como ya hemos aprendido, 2 a 1 es más bien ilegible o incómodamente legible. No nos gusta mirar este tipo de pantallas porque tenemos que hacer un esfuerzo y esforzarnos de verdad para ver lo que hay. Por lo tanto, es demasiado bajo, así que ¿cómo podemos mejorarlo en las pantallas legibles a la luz del sol? En realidad podemos hacer dos cosas. Lo primero es fácil, podemos aumentar el brillo, así que subimos y si nos vamos a, por ejemplo 800 o 1000 candelas, tendremos la relación de contraste de 3 a 1 o lo que sea. ¿Qué más podemos hacer? Podemos disminuir el índice de reflexión, por lo que podemos cambiar la superficie de la pantalla y hacer que refleje menos. Por eso a veces utilizamos un revestimiento antirreflectante en el cristal. Y de, por ejemplo el 4,5%, bajaremos quizás al 1%, con lo que la luminosidad de reflexión pasará a 100 candelas. Entonces el contraste real, tras un cálculo rápido sería 500 dividido por 100, es decir, 5 a 1. Por lo tanto, si disminuimos sólo la superficie sin cambiar siquiera el brillo de una pantalla, podemos ir con el contraste de 2 a 1 a 5 a 1, que será lo suficientemente bueno, o incluso perfecto en condiciones de luz solar. Normalmente, hacemos las dos cosas. Intentamos aumentar el brillo y disminuir los reflejos en la medida de lo posible, porque los reflejos en los casos exteriores son elevados.

Reflexiones – Vidrio de protección, unión por aire y unión óptica en pantallas legibles a la luz del sol

Si tenemos una pantalla LCD instalada en el exterior, no sólo necesitamos una capa antirreflectante para reducir los reflejos, sino que también tenemos que proteger la pantalla, normalmente añadiendo un cristal adicional. Como está al aire libre, tenemos que proteger la pantalla del vandalismo y también del propio entorno: del agua, el polvo y todo lo que podemos esperar en el exterior. Así que pusimos vidrio adicional. A veces es sólo un cristal cubierto, a veces es un cristal con tacto, depende de la aplicación, y suelen estar separados por una capa de aire. Tiene muchas ventajas: mecánicas, económicas, de fácil montaje y, además, si el cristal se rompe, la pantalla puede seguir funcionando; y podemos sustituir sólo el cristal sin cambiar toda la pantalla.

Pero desde el punto de vista óptico, esta solución tiene muchas desventajas. Si el cristal adicional no está unido ópticamente a la superficie de la pantalla, tenemos aire en medio. Eso significa que tenemos más reflexiones. Tenemos reflejos del propio cristal, del cristal al aire y de nuevo de la pantalla, porque el cristal es un entorno ópticamente distinto del aire. Así, a veces tenemos incluso un 10% de reflejos o más. Por eso hay que aumentar también la luminosidad. No es tan fácil de manejar, por lo que el contraste podría de nuevo no ser lo suficientemente bueno. Mirando nuestro ejemplo, si tenemos un 10% de reflejos aún aumentando la luminosidad a 2000 candelas, sin bajar los reflejos, tenemos un contraste de 3 a 1. Eso, de nuevo, hace que la pantalla pase de ilegible a apenas legible con sólo aumentar el brillo y los reflejos.

La otra solución es añadir un enlace óptico. Si añadimos la unión óptica, es decir, eliminamos el aire de entre la pantalla y el cristal de cubierta, y el material de unión óptica estará lo más cerca posible del cristal y de la pantalla, desde el punto de vista de la luz será el mismo entorno. Si no cambiamos el entorno no tenemos reflejos, como si tuviéramos un gran trozo de cristal dentro. La unión óptica elimina muchos reflejos y mejora el brillo de la pantalla, porque si hay un espacio de aire, la luz de la pantalla también se refleja y se pierde un poco de brillo. Si tenemos unión óptica, la luz de la pantalla se apaga y sólo la luz externa se refleja en la superficie de la pantalla, por lo que tenemos menos reflejos.

Más arriba encontrará una explicación más detallada. Esta es la situación con la luz de la pantalla que sale de la pantalla a través del espacio de aire y el cristal de la cubierta. El 95% saldrá, pero el 5% se reflejará. Una parte se acabará apagando pero otra no y provocará que la pantalla se vea un poco borrosa. Si utilizamos la unión óptica, la imagen será mucho más nítida. Si tiene la oportunidad de comparar una pantalla adherida por aire y una pantalla adherida ópticamente, verá que con la adherencia óptica los colores son mejores, más vivos y la imagen es literalmente más nítida, porque en esta situación toda la luz sale sin reflejos, dispersiones ni nada parecido.

El revestimiento añade una capa adicional a la superficie. Normalmente, es un cristal, por lo que añadimos este revestimiento al cristal para disminuir los reflejos. Como ya se ha mencionado, la reflexión típica del vidrio es del 4% o 5%. Si añadimos lo que llamamos revestimiento AR, es decir, revestimiento antirreflectante, podemos reducir esta cifra al 1% – 2,5%, lo que se traduce en una gran diferencia en el contraste que vemos como espectadores de la pantalla.

Líneas de pantallas LCD TFT de alto brillo de Riverdi

Ahora un rápido recordatorio de las líneas de visualización de Riverdi. En primer lugar, tenemos nuestra línea de pantallas de antigua generación que se basaba en el vidrio TN, el vidrio estándar Twisted Nematic. Cuando presentamos esta línea, la mayoría de las pantallas que había en el mercado eran de 200 a 300 candelas. Nuestra línea era el estándar más alto de la industria y las pantallas de Riverdi eran de 500 a 600 candelas. Hoy en día, la luminosidad es demasiado baja, por eso hemos decidido introducir una nueva línea. Cambiamos el cristal de TN a IPS para tener todos los ángulos de visión posibles y tener mejores colores y también, al mismo tiempo, aumentamos el brillo a 1000 candelas.

1000 candelas es realmente un número universal que podemos utilizar en interiores en un entorno muy luminoso, como una sala médica luminosa, o instalaciones industriales, o una máquina de café cerca de la ventana, donde tenemos la luz del sol que entra por la ventana. Con 1000 candelas podemos tener una imagen perfecta y una visualización clara y estas 1000 candelas también nos permiten construir aparatos de exterior si mantenemos el reflejo bajo. Podemos hacerlo añadiendo algo de sombra, para no tener la luz directa del sol, o teniendo alguna capa antirreflectante adicional en la última superficie que sería típicamente de cristal. Como se puede ver en la tabla anterior, si añadimos algo en la parte superior de la pantalla, que suele ser una pantalla táctil, el brillo disminuye debido a los reflejos. El cristal tampoco es perfectamente transparente. El cristal típico tiene entre un 95% y un 97% de transparencia, por lo que se pierde muy poco en el propio cristal, el resto se pierde por los reflejos. Como puede ver, si se adhiere por aire, perdemos más que si se adhiere por medios ópticos. Cuando tenemos unión óptica, perdemos menos porque no hay reflexión interna. Las cifras de nuestro cuadro son muy conservadoras. En el mundo real suelen ser más altos, pero este es el más bajo que se puede esperar. Así que, normalmente, podríamos perder entre un 10% y un 12%, pero intentamos ser conservadores, por eso mostramos 850 candelas, así que un 15% menos y esto es lo más bajo que se puede esperar de nuestras pantallas con recogida y recogida unidas ópticamente. Para la línea de antigua generación, disponemos también de una versión con toque resistivo. El tacto resistivo incluye más capas, tenemos otro espacio de aire que es necesario para presionar, porque el resistivo necesita ser presionado mecánicamente, por eso tenemos un brillo aún menor, por lo que hay más reflejos que con el típico pickup sin unión óptica.

Pantallas LCD para exteriores: temperaturas de funcionamiento y almacenamiento

Ya sabemos cómo hacer que una pantalla sea legible en el exterior. Sabemos que podemos aumentar el brillo, o podemos disminuir los reflejos, y tenemos una imagen que podemos ver. Ahora tenemos que pensar cómo hacer que la pantalla funcione a temperaturas exteriores. Como sabe, nuestro rango de temperatura de funcionamiento estándar para las pantallas que ofrecemos es de -20 a +70 grados centígrados. Se trata de una temperatura de funcionamiento estándar en la industria. El rango de temperatura de almacenamiento es un poco más amplio y es de -30 a +80 grados Celsius.

Algunas de nuestras pantallas, por ejemplo la de 7″, se probaron en un rango de -30 a + 80 grados y funcionaron, por lo que el rango de temperatura de trabajo práctico real es mayor que en la especificación, pero esto es lo que garantizamos. Pero para los LCD de exteriores reales es demasiado bajo, es demasiado bajo en ambos extremos. Así que -20 grados en muchos casos no es suficiente. En Escandinavia y muchos otros países, podemos esperar temperaturas inferiores a -20 y necesitamos -30 o -40 grados de temperatura de funcionamiento para las pantallas de exterior. En el extremo superior también es un problema porque si estamos fuera en verano y tenemos luz solar directa que llega a la superficie de la pantalla, podemos llegar a más de incluso +70 o +80 grados. Así que necesitamos una tecnología diferente. En un LCD típico tenemos cristales líquidos. Los cristales líquidos necesitan estar en fase líquida para funcionar y por debajo de la temperatura mínima de funcionamiento empiezan a congelarse. Esto significa que se solidifica y que los cristales no pueden moverse o se mueven muy lentamente. Por encima de la temperatura mínima de funcionamiento, en el intervalo de -20 a +70 grados centígrados, se encuentra en fase líquida y funciona con normalidad. A esta fase la llamamos nemática, por lo que la fase nemática es una fase en la que la luz puede funcionar mediante un cristal líquido. El cristal líquido puede cambiar la polarización de la luz, pero necesita mover mecánicamente los cristales dentro de la célula de cristal líquido, por lo que necesita estar en fase nemática. Por debajo de la temperatura mínima de funcionamiento, se solidifica y no puede moverse. Por encima de la temperatura máxima de funcionamiento, que es de +70 u +80 grados para las pantallas típicas, pero a veces sólo de +50 grados para los productos de consumo, pasaremos a la fase isotrópica. Isótropo significa que ya no se puede cambiar la polarización de la luz. Resulta que toda la luz puede atravesar el cristal líquido y no puedes controlarlo con el voltaje ni nada, así que no puedes encender y apagar los píxeles. Por eso tenemos otra solución que llamamos pantallas Hi-Tni. Hi-Tni significa nemático trenzado a alta temperatura – isotrópico, y utilizamos esta tecnología para pantallas exteriores, por ejemplo para la industria naval, automovilística y militar.

La imagen de arriba muestra un ejemplo sobre Hi-Tni y expositores de exterior. Así que tenemos dos tipos de células, dos cristales líquidos que podemos utilizar. Uno funciona a temperaturas comprendidas entre -20 y +110 grados y el otro entre -40 y +110 grados.

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grados. Por lo tanto, en este rango estamos seguros, podemos ir muy bajo con la temperatura, y no se convertirá en sólido, y podemos ir muy alto con la temperatura hasta 110 grados y no se convertirá en isótropo.

Tal vez incluso haya visto algunas pantallas que se utilizaban al aire libre y a veces se ennegrecen. Lo llamamos efecto de ennegrecimiento. Si se vuelven negros, significa que los cristales se vuelven isótropos. A veces se puede ver que la parte de la pantalla es negra o a veces toda la pantalla se vuelve negra, dependiendo de la temperatura. Lo bueno es que no está dañando la pantalla, por lo que en cuanto baja la temperatura vuelve a la fase nemática y la pantalla vuelve a funcionar, pero a alta temperatura no se ve nada en la pantalla, no funciona.

En la imagen superior, tenemos un ejemplo de una ficha técnica de una pantalla con altas temperaturas. Como hemos dicho, es un cristal líquido de -40 a +110 grados, y se trata de la última tecnología. Pero hay que tener cuidado. Se trata únicamente de la superficie de una pantalla, el cristal TFT propiamente dicho. Si tenemos la luz del sol que va a la pantalla puede aumentar la temperatura de toda la pantalla como un módulo.

Para todo el módulo de visualización, el rango de temperatura de funcionamiento puede ser de 0 a +50 grados o de -20 a 70 grados. Podemos tener dos temperaturas de funcionamiento, eso significa que si utilizamos la pantalla al aire libre, estamos a salvo de la luz del sol, la superficie de la pantalla puede ir muy alto, pero tenemos que controlar la temperatura ambiente dentro de la carcasa de la pantalla para no ir demasiado alto. +50 o +70 será el máximo, por lo general necesitamos ventiladores para eliminar el calor del interior. Normalmente, en nuestro caso tenemos un ordenador dentro y tenemos más dispositivos que no pueden funcionar a altas temperaturas como +100 grados, así que controlamos la temperatura de todas formas. Por tanto, la temperatura no puede ser demasiado alta en el interior y, desde luego, no puede ser tan alta como la que puede soportar el propio cristal líquido, que es de +110 grados.

Y eso será todo en este artículo sobre contraste, brillo y temperaturas. Sólo una cosa más: si estás pensando en comprar un portátil hoy, puedes encontrar brillo en las especificaciones. Fíjate en este número porque determinará la calidad de tu portátil en exteriores. Hoy en día existen en el mercado ordenadores portátiles con 1000 candelas o incluso más. Si buscas un nuevo dispositivo, mi recomendación también va por los teléfonos móviles. Los móviles de baja luminosidad pueden tener 300, tal vez 500 candelas, pero hoy en día el estándar rondará las 1000 candelas, aunque hay teléfonos en el mercado que ya tienen 1500 o incluso 1800 candelas. Eso significa que si estás a la luz del sol podrás seguir viendo la imagen con claridad. Por supuesto, la batería se agotará más rápido, pero a veces no es tan importante, tal vez sólo quieres comprobar algo rápidamente, leer algo y quieres tener una imagen clara, ¡sólo ten en cuenta que este número es bastante importante cuando compras nuevos dispositivos!