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Estructura LCD TFT
Para obtener una explicación más detallada de la estructura de TFT LCD o de las pantallas LCD en general, consulte Conocimientos básicos de TFT LCD or Introducción a las pantallas LCD.
La TFT LCD o pantalla de cristal líquido de transistor de película delgada, es una forma popular de tecnología de visualización que se usa a menudo en monitores de computadora y otras pantallas de dispositivos comunes. Este módulo de visualización, o más específicamente Módulo LCD, se compone de tres capas clave. La capa más profunda, la más cercana a la parte posterior del dispositivo, está compuesta, enumerada desde la más alejada a la más cercana a la superficie, por el primer polarizador, un sustrato de vidrio, electrodos de píxeles y TFT. La capa más superficial es similar a esta capa, ya que también tiene un sustrato de vidrio, un polarizador y (en algunas matrices) electrodos; sin embargo, el orden de estos componentes está invertido en comparación con la otra capa (el polarizador es el más cercano a la superficie) y hay un filtro de color RGB en esta capa. Entre estas dos capas, existe una capa de moléculas de cristal líquido que transporta cargas y energía hacia la superficie de la pantalla LCD TFT. Las moléculas de cristal se pueden alinear de diversas maneras para alterar las propiedades de visualización de la pantalla LCD.
Como dispositivo LCD de matriz activa, los píxeles individuales de la pantalla LCD TFT consisten en subpíxeles rojos, verdes y azules, cada uno con su propia pantalla TFT y electrodos debajo. Estos subpíxeles se controlan de forma individual y activa, de ahí el nombre de matriz activa; esto permite un tiempo de respuesta más suave y rápido. La matriz activa también permite modos de visualización más grandes que continúan manteniendo la calidad del color, la frecuencia de actualización y la resolución cuando se aumenta la relación de aspecto.
Dentro de los píxeles que componen la pantalla LCD TFT, los electrodos desempeñan un papel en la conducción del circuito entre ellos. Si se colocan en capas en ambos interiores de los dos sustratos de vidrio, los electrodos, junto con el TFT, crean una vía eléctrica dentro de la capa de cristal líquido. También hay otras colocaciones de electrodos además de en la superficie y la parte posterior del dispositivo que cambian el efecto de la vía eléctrica entre los sustratos (que se analizará más adelante en este artículo). Esta vía tiene un efecto sobre los cristales a través de su campo eléctrico, que es uno de los conceptos de TFT responsables del bajo y mínimo consumo de energía de los TFT, lo que los hace tan eficientes y atractivos.
Cuando el campo eléctrico interactúa con las moléculas de cristal líquido, las moléculas pueden alinearse de diversas formas, cambiando la forma en que la luz pasa a través del luz de fondo del dispositivo (que se encuentra detrás del polarizador más trasero) a la superficie. Debido a que las pantallas LCD no se pueden iluminar por sí mismas, se necesita una luz de fondo para proporcionar una iluminación que luego manipula el complejo TFT LCD. Los cristales líquidos polarizan la luz en diferentes grados y, en consecuencia, el polarizador de superficie pasa diferentes niveles de luz a través de él, controlando así el color y el brillo del píxel.
LCD TFT de tipo TN (nemático trenzado)
Aunque hay una variedad de formas de alinear las moléculas de cristal, usar un nemático torcido (TN) para hacerlo es una de las opciones más antiguas, más comunes y más baratas para la tecnología LCD. Utiliza el campo eléctrico entre los electrodos organizados con uno en la capa de sustrato superficial y el otro en la capa de sustrato posterior para manipular los cristales líquidos.
Cuando ningún campo eléctrico afecta la estructura de los cristales, hay un giro de 90 grados en la alineación. Este giro permite que la luz se mueva a través de la capa, polarizando la luz a medida que pasa para luego atravesar el polarizador de superficie.
Si se aplica un campo eléctrico, la torsión en la estructura cristalina de las moléculas se puede desenrollar, enderezándolas. Cuando esto sucede, la luz no está polarizada y no puede pasar a través del polarizador de superficie, mostrando un píxel negro. También es posible crear un punto intermedio entre el píxel completamente iluminado o completamente opaco; si la luz está parcialmente polarizada (el campo eléctrico no endereza completamente la alineación del cristal), entonces se emite un nivel de luminancia medio de luz desde las luces de fondo LED a través del polarizador.
Aunque esta es una de las opciones más baratas para la tecnología de visualización, tiene sus propios problemas. La pantalla LCD TFT TN no tiene los mejores tiempos de respuesta en comparación con otros tipos y no proporciona un ángulo de visión tan amplio como otras pantallas LCD TFT que utilizan diferentes métodos de alineación. Un ángulo de visión es la dirección en la que se puede mirar una pantalla antes de que la imagen mostrada no se vea correctamente en términos de luz y color. Las pantallas TN en su mayoría luchan con los ángulos de visión verticales, pero también tienen ángulos horizontales algo limitados. Este límite de ángulo de visión de las pantallas LCD TN se denomina problema de inversión de escala de grises.
Hay varias formas de resolver el problema de la inversión de la escala de grises.
Generalmente, cuando el ángulo de visión no es el ideal, la calidad de la imagen en su conjunto disminuye. Cosas como la relación de contraste (la relación de luminancia entre el blanco más brillante y el negro más oscuro) y la legibilidad de la pantalla no se conservan debido a este problema.
Entre los métodos de alineación de cristal líquido, TN es solo una opción para la tecnología LCD. Hay varias otras formas comunes de alinear los cristales para un ángulo de visión amplio, como la alineación vertical multidominio o la conmutación en el plano. Además, debido a la abundancia de dispositivos TN, también se introdujo algo llamado O-film para emparejar con pantallas TN para que los usuarios no tengan que comprar dispositivos completamente nuevos.
LCD TFT MVA (alineación vertical multidominio)
En pocas palabras, este método divide la celda debajo de cada píxel en varios dominios. Con la división, las moléculas en la misma celda se pueden orientar de manera diferente y, a medida que los usuarios cambian sus vistas de la pantalla, existen diferentes alineaciones direccionales de cristal que permiten la preservación de las propiedades de la pantalla en estos ángulos, como alto brillo y alto contraste. . Esto resuelve el problema de lo que se conoce como alineación vertical mono-dominio.
Aunque en su mayoría es similar a la TN, la MVA tiene una característica notable en su celda que las celdas TN no tienen: protuberancias de vidrio. Entre los electrodos intercalados, las protuberancias de vidrio en ángulo reorientan la luz que viaja dentro de la capa para que, al salir del polarizador de superficie, viaje en una multitud de direcciones para satisfacer la necesidad de un ángulo de visión amplio.
En desarrollos recientes de MVA TFT LCD, la relación de contraste, el brillo y los tiempos de respuesta han aumentado en calidad. La relación de contraste, que era de 300:1 cuando se desarrolló por primera vez en 1997, se ha mejorado a 1000:1. De manera similar, el tiempo de respuesta, caracterizado por un tiempo ascendente (de negro a blanco) y decreciente (de blanco a negro), ha alcanzado tiempos que son los más rápidos que el ojo humano puede procesar, lo que demuestra la idoneidad de las pantallas basadas en MVA para imágenes en movimiento.
LCD TFT IPS (conmutación en el panel)
Otra solución al problema de la inversión en escala de grises causado por TN es la IPS LCD. En cuanto a los beneficios del IPS, es bastante similar al MVA. Pero estructuralmente, en lugar de tener electrodos de superficie y posteriores, el IPS coloca ambos electrodos en el sustrato posterior. Esto obliga a las moléculas a, cuando el campo eléctrico está encendido, cambiar de orientación, lo que se conoce como cambio de plano, y alinearse de manera paralela a los sustratos en lugar de perpendicularmente como en los dispositivos TN. En este caso, se necesita una luz de fondo más brillante, ya que la luz necesitará más potencia para producir el mismo brillo en la pantalla que el TN puede lograr con menos luz de la fuente.
Con este tipo de alineación, los ángulos de visión se conservaron en direcciones mucho más amplias en comparación con el TN. Recientemente, las pantallas IPS han mejorado cualidades como el tiempo de respuesta para hacer que las pantallas IPS sean más deseables para los consumidores. Sin embargo, este tipo de LCD TFT tenderá a costar más que los dispositivos TN.
TN frente a O-Film frente a MVA frente a IPS TFT LCD
Si bien el TN TFT LCD tiene el costo más bajo, eso es por una razón. Los O-films, MVA e IPS TFT LCD tienen mayores costos debido a sus tecnologías más complejas que mejoran el ángulo de visión para conservar la resolución y la calidad general de visualización.
La película O específicamente es única porque en lugar de cambiar la tecnología de alineación de cristal líquido y por un costo relativamente bajo, puede intercambiar el polarizador de superficie de un dispositivo TN con una película especial para ampliar el ángulo de visión. Debido a que se combina con TN, solo puede mejorar ligeramente el ángulo de visión.
IPS tiene el mayor potencial para mejorar el ángulo de visión, alcanzando ángulos más altos posibles que todas las demás opciones. Sin embargo, con IPS, hay un mayor consumo de energía que el dispositivo TN regular debido a la necesidad de una luz de fondo más brillante en este dispositivo.
MVA está cerca, solo un poco menos, que el IPS TFT LCD en ángulo. Sin embargo, lo que sí tiene es un tiempo de respuesta mucho más rápido, como se indicó anteriormente.
Todas estas tecnologías son opciones viables según los deseos del consumidor y el rango de precios. Los LCD MVA e IPS TFT tienden a ser más prácticos para productos de consumo como monitores LCD y pantallas de teléfonos, mientras que los LCD TN y O-film pueden pasar a aplicaciones industriales. No obstante, con el crecimiento de las pantallas LCD IPS y MVA, sus aplicaciones se están ampliando.
LCD TFT AFFS (conmutación de campo de franja avanzada)
El AFFS es similar al IPS en concepto; ambos alinean las moléculas de cristal de manera paralela al sustrato, mejorando los ángulos de visión. Sin embargo, el AFFS es más avanzado y puede optimizar mejor el consumo de energía. En particular, AFFS tiene una alta transmitancia, lo que significa que menos de la energía de la luz se absorbe dentro de la capa de cristal líquido y más se transmite hacia la superficie. Las pantallas LCD TFT IPS suelen tener transmisiones más bajas, de ahí la necesidad de una luz de fondo más brillante. Esta diferencia de transmitancia se basa en el espacio de celda activa maximizado y compacto del AFFS debajo de cada píxel.
Desde 2004, Hydis, que desarrolló el AFFS, ha otorgado la licencia del AFFS a la empresa japonesa Hitachi Displays, donde la gente está desarrollando complicados paneles LCD AFFS. Hydis ha mejorado las propiedades de visualización, como la legibilidad de la pantalla en exteriores, lo que la hace aún más atractiva para su aplicación principal: pantallas de teléfonos móviles.
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