¿Qué es una pantalla LCD TFT?
A Pantallas TFT LCD , o una pantalla de cristal líquido de transistor de película delgada, es una de las formas de tecnología de visualización de más rápido crecimiento en la actualidad. El transistor de película delgada (TFT) es un tipo de dispositivo semiconductor utilizado en la tecnología de visualización para mejorar la eficiencia, la compacidad y el costo del producto. Junto con sus propiedades de semiconductor, el TFT LCD es una pantalla de matriz activa, que controla los píxeles de forma individual y activa en lugar de pasivamente, lo que aumenta los beneficios de este dispositivo semiconductor.
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Desde que se combinó con la tecnología de pantalla plana, en particular las pantallas de cristal líquido (LCD), Las pantallas TFT han crecido ampliamente en popularidad para pantallas de visualización y monitores LCD como monitores de computadora y teléfonos inteligentes. Con este desarrollo, el tubo de rayos catódicos, también conocido como CRT, comenzó a caer en el pasado a medida que la pantalla LCD, más liviana y menos voluminosa, tomó el relevo en el campo de las pantallas. Las pantallas modernas de alta resolución y calidad utilizan principalmente la tecnología TFT dentro de las pantallas LCD.
Estructura de TFT LCD
La pantalla LCD TFT está construida con tres capas clave. Dos capas intercaladas consisten en sustratos de vidrio, aunque una incluye TFT mientras que la otra tiene un filtro de color RGB, o rojo, verde, azul. La capa entre las capas de vidrio es una capa de cristal líquido.
Fig. 1: Un diagrama visual de las diferentes capas y componentes utilizados en una pantalla TFT LCD.
La Capa de sustrato de vidrio TFT es la capa más profunda o posterior de la placa de circuito de un dispositivo. Está hecho de silicio amorfo, un tipo de silicio con una estructura no cristalina. Luego, este silicio se deposita sobre el sustrato de vidrio real. Los TFT de esta capa se emparejan individualmente con cada subpíxel (consulte Arquitectura de un píxel TFT a continuación) de la otra capa de sustrato del dispositivo y controlar la cantidad de voltaje aplicado a sus respectivos subpíxeles. Esta capa también tiene electrodos de píxeles entre el sustrato y la capa de cristal líquido. Los electrodos son conductores que canalizan electricidad hacia o desde algo, en este caso, píxeles.
En el nivel de la superficie está el otro sustrato de vidrio. Justo debajo de este sustrato de vidrio es donde residen los píxeles y subpíxeles reales, formando el filtro de color RGB. Para contrarrestar los electrodos de la capa antes mencionada, esta capa superficial tiene contraelectrodos (o comunes) en el lado más cercano a los cristales líquidos que cierran el circuito que viaja entre las dos capas. En ambas capas de sustrato, los electrodos están hechos con mayor frecuencia de óxido de indio y estaño (ITO) porque permiten la transparencia y tienen buenas propiedades conductoras.
Los lados exteriores de los sustratos de vidrio (los más cercanos a la superficie o los más cercanos a la parte posterior) tienen capas de filtro llamadas polarizadores. Estos filtros permiten que solo pasen ciertos haces de luz si están polarizados de una manera específica, lo que significa que las ondas geométricas de la luz son apropiadas para el filtro. Si no se polariza correctamente, la luz no pasa a través del polarizador, lo que crea una pantalla LCD opaca.
Entre las dos capas de sustrato se encuentran cristales líquidos. Juntas, las moléculas de cristal líquido pueden comportarse como un líquido en términos de movimiento, pero mantienen su estructura como un cristal. Hay una variedad de fórmulas químicas disponibles para usar en esta capa. Por lo general, los cristales líquidos se alinean para colocar las moléculas de cierta manera para inducir comportamientos específicos de pasar luz a través de la polarización de las ondas de luz. Para hacer esto, se debe utilizar un campo magnético o eléctrico; sin embargo, con las pantallas, para que un campo magnético sea utilizable, será demasiado fuerte para la pantalla en sí y, por lo tanto, se utilizan campos eléctricos, que utilizan muy poca energía y no requieren corriente.
Antes de aplicar un campo eléctrico a los cristales entre los electrodos, la alineación de los cristales se realiza en un patrón retorcido de 90 grados, lo que permite que una luz polarizada correctamente en el cristal pase a través del polarizador de superficie en el modo "blanco normal" de una pantalla. Este estado es causado por electrodos que están revestidos intencionalmente con un material que orienta la estructura con este giro específico.
Sin embargo, cuando se aplica el campo eléctrico, la torsión se rompe a medida que los cristales se enderezan, lo que también se conoce como realineación. La luz que pasa todavía puede pasar a través del polarizador trasero, pero debido a que la capa de cristal no polariza las luces para pasar a través del polarizador de superficie, la luz no se transmite a la superficie, por lo tanto, una pantalla opaca. Si se reduce el voltaje, solo algunos cristales se vuelven a alinear, permitiendo que pase una cantidad parcial de luz y creando diferentes tonos de gris (niveles de luz). Este efecto se llama efecto nemático retorcido.
Fig. 2: A la izquierda está la capa de cristal líquido retorcida en la que la luz polarizada pasa libremente; a la derecha, después de que el campo eléctrico se cargue en la capa, realineando completamente las orientaciones de las moléculas para que la luz no se polarice y no pueda pasar a través del polarizador de superficie.
La efecto nemático retorcido es una de las opciones más baratas para la tecnología LCD y también permite un tiempo de respuesta de píxeles rápido. Sin embargo, todavía existen algunos límites; La calidad de reproducción del color puede no ser excelente y los ángulos de visión, o la dirección en la que se mira la pantalla, son más limitados.
Se dio una solución a estos límites mediante la conmutación en el plano (IPS) de los cristales líquidos. En lugar de alinear los cristales en forma perpendicular a los electrodos, IPS los alinea en forma paralela. La luz es entonces más aerodinámica dentro de la matriz. Hubo problemas iniciales como un tiempo de respuesta lento, pero recientemente, estos problemas se han resuelto en su mayoría, lo que hace que los beneficios de mejores ángulos de visión y reproducción del color sean mayores que las fallas. Sin embargo, es una tecnología más costosa que los dispositivos nemáticos torcidos.
Fig. 3:La fila superior caracteriza la naturaleza de la alineación en el uso de IPS, así como la calidad de los ángulos de visión. La fila inferior muestra cómo se usa el nemático retorcido para alinear los cristales y cómo afecta a los ángulos de visión.
La luz que atraviesa el dispositivo proviene de la luz de fondo que puede iluminar la parte posterior o lateral de la pantalla. Debido a que la pantalla LCD no produce su propia luz, necesita usar la luz de fondo en el Módulo LCD. Esta fuente de luz suele presentarse en forma de diodos emisores de luz, más conocidos como LED. Recientemente, los LED orgánicos (OLED) también han entrado en uso. Normalmente blanca, esta luz, si se polariza correctamente, pasará a través del filtro de color RGB de la capa de sustrato de la superficie, mostrando el color señalado por el dispositivo TFT.
Conducción TFT LCD
Si vuelve a consultar el primer párrafo en "Evolución de los TFT" en el último artículo, "La historia de las pantallas de transistores de película fina, ”Habrá una explicación básica del transistor de efecto de campo (FET). El TFT es una forma de FET, por lo que también sigue el principio de conducción de los FET. Esencialmente, si se aplica un voltaje a la puerta de un TFT, la corriente de la señal se puede controlar o alterar. Esta corriente, llamada voltaje de conducción, en el panel LCD basado en TFT luego fluye desde la fuente para drenar y envía una señal a su subpíxel, permitiendo que la luz pase a través.
Arquitectura de un píxel TFT
Dentro de una pantalla LCD, cada píxel se puede caracterizar por sus tres subpíxeles. Estos tres subpíxeles crean la coloración RGB de ese píxel general. Estos subpíxeles actúan como condensadores o unidades de almacenamiento eléctrico dentro de un dispositivo, cada uno con sus propias capas estructurales y funcionales independientes, como se describió anteriormente. Con los tres subpíxeles por píxel, se pueden mezclar colores de casi cualquier tipo a partir de la luz que pasa a través de los filtros y el polarizador con diferentes brillos según la alineación del cristal líquido.
