Una pantalla LCD incluye una capa delgada de material de cristal líquido intercalada entre dos electrodos sobre sustratos de vidrio, con dos polarizadores en cada lado. Un polarizador es un filtro óptico que deja pasar las ondas de luz de una polarización específica mientras bloquea las ondas de luz de otras polarizaciones. Los electrodos deben ser transparentes, por lo que el material más popular es ITO (óxido de indio y estaño).

Como la pantalla LCD no puede emitir luz por sí misma, normalmente se coloca una luz de fondo detrás de la pantalla LCD para poder verla en un entorno oscuro. Las fuentes de luz para la retroiluminación pueden ser LED (diodo emisor de luz) o CCFL (lámparas fluorescentes de cátodo frío). La retroiluminación LED es la más popular. Por supuesto, si desea tener una pantalla a color, se puede convertir una capa de filtro de color en una celda LCD. El filtro de color consta de color RGB. También puede agregar un panel táctil frente a una pantalla LCD.

Fig. 1 Estructura de la pantalla LCD

¿Cómo funcionan las pantallas LCD?

La primera tecnología de panel LCD en producción en masa se llama TN (Twisted Nematic). El principio detrás de las pantallas LCD es que cuando no se aplica un campo eléctrico a las moléculas de cristal líquido, las moléculas giran 90 grados en la celda LCD. Cuando la luz de la luz ambiental o de la luz de fondo pasa a través del primer polarizador, la luz se polariza y se retuerce con la capa molecular de cristal líquido. Cuando llega al segundo polarizador, se bloquea. El espectador ve que la pantalla es negra.

Cuando se aplica un campo eléctrico a las moléculas de cristal líquido, se desenroscan.  Cuando la luz polarizada llega a la capa de moléculas de cristal líquido, la luz pasa directamente sin torcerse. Cuando llegue al segundo polarizador, también pasará, el espectador verá que la pantalla está brillante.

Debido a que la tecnología LCD utiliza campos eléctricos en lugar de corriente eléctrica (paso de electrones), tiene un bajo consumo de energía.

Un corto video de Youtube explicará cómo funcionan las pantallas LCD de manera concisa y eficiente.

Fig. 2 Cómo funcionan las pantallas LCD

Los fundamentos de las pantallas LCD

El LCD más básico presentado anteriormente se llama LCD de matriz pasiva, que se puede encontrar principalmente en aplicaciones sencillas o de gama baja como calculadoras, medidores de servicios públicos, relojes digitales antiguos, despertadores, etc.  Los LCD de matriz pasiva tienen muchas limitaciones, como el ángulo de visión estrecho, la velocidad de respuesta lenta, la oscuridad, pero es excelente para el consumo de energía.

Para mejorar los inconvenientes, los científicos e ingenieros desarrollaron la tecnología LCD de matriz activa. La más utilizada es la tecnología LCD TFT (Thin Film Transistor). Basado en TFT LCD, se desarrollan tecnologías LCD aún más modernas. El más conocido es el LCD IPS (In Plane Switching).  Tiene un ángulo de visión súper amplio, calidad de imagen superior, respuesta rápida, gran contraste, menos defectos de quemado, etc.

Las pantallas LCD IPS se utilizan ampliamente en monitores LCD, televisores LCD, iPhone, almohadillas, etc. Samsung incluso revolucionó la retroiluminación LED para que sea QLED (punto cuántico) para apagar los LED donde no se necesita luz para producir negros más profundos.

Fig.3 Pantalla a color TFT activa

Diferentes tipos de LCD

• • – Pantalla Nemática Torcida:  La LCD TN (nemático torcido) la producción se puede realizar con mayor frecuencia y utilizar diferentes tipos de pantallas en todas las industrias. Los jugadores utilizan con mayor frecuencia estas pantallas, ya que son económicas y tienen un tiempo de respuesta rápido en comparación con otras pantallas. La principal desventaja de estas pantallas es que tienen baja calidad, así como relaciones de contraste parciales, ángulos de visión y reproducción del color. Pero, estos dispositivos son suficientes para las operaciones diarias.

• • – Pantalla de conmutación en el plano:  Pantallas IPS se consideran los mejores LCD porque brindan una buena calidad de imagen, ángulos de visión más altos, precisión y diferencia de colores vibrantes. Estas pantallas son utilizadas principalmente por diseñadores gráficos y, en algunas otras aplicaciones, las pantallas LCD necesitan los máximos estándares potenciales para la reproducción de imágenes y colores.

• • – Panel de Alineación Vertical: El alineación vertical (VA) los paneles caen en cualquier lugar del centro entre Twisted Nematic y la tecnología de panel de conmutación en plano. Estos paneles tienen los mejores ángulos de visión, así como la reproducción del color con funciones de mayor calidad en comparación con las pantallas de tipo TN. Estos paneles tienen un tiempo de respuesta bajo. Pero, estos son mucho más razonables y apropiados para el uso diario.

• • – La estructura de este panel genera negros más profundos y mejores colores en comparación con la pantalla nemática retorcida. Y varias alineaciones de cristal pueden permitir mejores ángulos de visión en comparación con las pantallas de tipo TN. Estas pantallas llegan con una compensación porque son caras en comparación con otras pantallas. Y también tienen tiempos de respuesta lentos y frecuencias de actualización bajas.

• • – Conmutación avanzada de campo marginal (AFFS):  Las pantallas LCD AFFS ofrecen el mejor rendimiento y una amplia gama de reproducción de color en comparación con las pantallas IPS. Las aplicaciones de AFFS son muy avanzadas porque pueden reducir la distorsión del color sin comprometer el amplio ángulo de visión. Por lo general, esta pantalla se usa en entornos altamente avanzados y profesionales, como en las cabinas de los aviones viables.

• • – Pantallas de matriz activa y pasiva: Las pantallas LCD de tipo matriz pasiva funcionan con una cuadrícula simple para que se pueda suministrar carga a un píxel específico en la pantalla LCD. Una capa de vidrio da columnas mientras que la otra da filas que están diseñadas utilizando un material conductor transparente como el óxido de indio y estaño. El sistema de matriz pasiva tiene inconvenientes importantes, en particular el tiempo de respuesta es un control de voltaje lento e inexacto. El tiempo de respuesta de la pantalla se refiere principalmente a la capacidad de la pantalla para actualizar la imagen mostrada.

• – Los LCD de matriz activa dependen principalmente de TFT (transistores de película delgada). Estos transistores son pequeños transistores de conmutación, así como condensadores que se colocan dentro de una matriz sobre un sustrato de vidrio. Cuando se activa la fila adecuada, se puede transmitir una carga por la columna exacta para que se pueda direccionar un píxel específico, porque todas las filas adicionales con las que se cruza la columna se apagan, simplemente el capacitor al lado del píxel designado recibe una carga. .

Beneficios sobre otras pantallas

Las tecnologías LCD tienen grandes ventajas de bajo consumo de energía, delgadas y livianas, lo que hizo posibles los televisores de pared, las computadoras portátiles, los teléfonos inteligentes y las almohadillas. En su camino hacia el progreso, acabó con la competencia de muchas tecnologías de visualización. Ya no vemos monitores CRT en nuestros escritorios ni televisores con pantallas de plasma en nuestra casa. Las tecnologías LCD dominan ahora el mercado de las pantallas. Pero cualquier tecnología tiene sus limitaciones.

Las tecnologías LCD tienen tiempos de respuesta lentos, especialmente a baja temperatura, ángulos de visión limitados, se necesita retroiluminación. Concéntrese en los inconvenientes de LCD, se desarrolló la tecnología OLED (diodos orgánicos emisores de luz). Algunos televisores y teléfonos móviles de gama alta comienzan a utilizar pantallas AMOLED (diodos emisores de luz orgánicos de matriz activa).

Esta tecnología de vanguardia proporciona una reproducción del color aún mejor, una calidad de imagen clara, una mejor gama de colores y un menor consumo de energía en comparación con la tecnología LCD. Tenga en cuenta que las pantallas OLED incluyen AMOLED y PMOLED (diodos emisores de luz orgánicos de matriz pasiva). Lo que debe elegir es AMOLED para su TV y teléfonos móviles en lugar de PMOLED.

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