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Estrutura TFT LCD
Para uma explicação mais detalhada da estrutura de LCD TFT ou LCDs em geral, consulte Conhecimento básico de LCD TFT or Introdução aos LCDs.
A TFT LCD, ou display de cristal líquido de transistor de filme fino, é uma forma popular de tecnologia de exibição frequentemente usada em monitores de computador e outras telas de dispositivos comuns. Este módulo de exibição, ou mais especificamente Módulo LCD, é composto por três camadas principais. A camada mais profunda, mais próxima da parte traseira do dispositivo, é composta, listada do mais distante para o mais próximo da superfície, o primeiro polarizador, um substrato de vidro, eletrodos de pixel e TFTs. A camada mais superficial é semelhante a esta camada, pois também possui um substrato de vidro, um polarizador e (em algumas matrizes) eletrodos; no entanto, a ordem desses componentes é invertida em comparação com a outra camada (o polarizador é o mais próximo da superfície), e há um filtro de cores RGB nessa camada. Entre essas duas camadas, existe uma camada de moléculas de cristal líquido que transporta cargas e energia para a superfície do LCD TFT. As moléculas de cristal podem ser alinhadas de várias maneiras para alterar as propriedades de visualização da tela LCD.
Como um dispositivo LCD de matriz ativa, os pixels individuais do LCD TFT consistem em subpixels vermelhos, verdes e azuis, cada um com seu próprio TFT e eletrodos abaixo deles. Esses subpixels são controlados individualmente e ativamente, daí o nome de matriz ativa; isso permite um tempo de resposta mais suave e rápido. A matriz ativa também permite modos de exibição maiores que continuam a manter a qualidade da cor, taxa de atualização e resolução quando a proporção é aumentada.
Dentro dos pixels que compõem o display TFT LCD, os eletrodos desempenham um papel na condução do circuito entre eles. Se colocados em ambas as partes internas dos dois substratos de vidro, os eletrodos, juntamente com o TFT, criam um caminho elétrico dentro da camada de cristal líquido. Existem também outras colocações de eletrodos além da superfície e parte traseira do dispositivo que alteram o efeito do caminho elétrico entre os substratos (a ser discutido mais adiante neste artigo). Esta via tem um efeito nos cristais através do seu campo elétrico, que é um dos conceitos de TFT responsáveis pelo baixo e minimizado consumo de energia dos TFTs, tornando-os tão eficientes e apelativos.
Quando o campo elétrico interage com as moléculas de cristal líquido, as moléculas podem se alinhar de várias maneiras, alterando a forma como a luz passa do backlight do dispositivo (encontrado atrás do polarizador mais atrás) para a superfície. Como as telas de LCD não podem se iluminar sozinhas, é necessária uma luz de fundo para fornecer iluminação que o complexo TFT LCD manipula. Os cristais líquidos polarizam a luz em diferentes graus e, consequentemente, o polarizador de superfície passa diferentes níveis de luz através dele, controlando assim a cor e o brilho do pixel.
LCD TFT tipo TN (Twisted Nematic)
Embora existam várias maneiras de alinhar as moléculas de cristal, usar um nemático torcido (TN) para fazer isso é uma das opções mais antigas, comuns e baratas para a tecnologia LCD. Ele usa o campo elétrico entre os eletrodos organizados com um na camada de substrato de superfície e outro na camada de substrato de volta para manipular os cristais líquidos.
Quando nenhum campo elétrico afeta a estrutura dos cristais, há uma torção de 90 graus no alinhamento. Essa torção permite que a luz se mova através da camada, polarizando a luz à medida que ela passa para então passar pelo polarizador de superfície.
Se um campo elétrico for aplicado, a torção na estrutura cristalina das moléculas pode ser desenrolada, endireitando-as. Quando isso acontece, a luz não é polarizada e não pode passar pelo polarizador de superfície, exibindo um pixel preto. Também é possível criar um meio entre o pixel totalmente iluminado ou totalmente opaco; se a luz estiver parcialmente polarizada (o campo elétrico não endireita totalmente o alinhamento do cristal), então um nível de luminância médio da luz é emitido pelas luzes de fundo do LED através do polarizador.
Embora esta seja uma das opções mais baratas para a tecnologia de exibição, ela tem seus próprios problemas. O LCD TFT TN não tem tempos de resposta superiores em comparação com outros tipos, e não oferece um ângulo de visão tão amplo quanto outros LCDs TFT usando diferentes métodos de alinhamento. Um ângulo de visão é a direção na qual uma tela pode ser vista antes que a imagem exibida não possa ser vista corretamente em termos de luz e cor. Os monitores TN lutam principalmente com os ângulos de visão verticais, mas também têm ângulos horizontais um pouco limitados. Este limite de ângulo de visão dos LCDs TN é chamado de problema de inversão de escala de cinza.
Existem várias maneiras de resolver o problema de inversão de escala de cinza.
Geralmente, quando o ângulo de visão não é o ideal, a qualidade da imagem como um todo diminui. Coisas como a taxa de contraste (a taxa de luminância entre o branco mais claro e o preto mais escuro) e a legibilidade da tela não são preservadas devido a esse problema.
Entre os métodos de alinhamento de cristal líquido, o TN é apenas uma opção para a tecnologia LCD. Existem várias outras maneiras comuns de alinhar os cristais para um amplo ângulo de visão, como o alinhamento vertical de vários domínios ou a comutação no plano. Além disso, devido à abundância de dispositivos TN, algo chamado O-film também foi introduzido para emparelhar com telas TN para que os usuários não precisem comprar dispositivos totalmente novos.
MVA (Multi-domain Vertical Alignment) LCD TFT
Simplificando, esse método divide a célula abaixo de cada pixel em vários domínios. Com a divisão, as moléculas na mesma célula podem ser orientadas de forma diferente e, à medida que os usuários mudam suas visões da tela, existem diferentes alinhamentos direcionais de cristal que permitem a preservação das propriedades da tela nesses ângulos, como alto brilho e alto contraste . Isso resolve o problema do que é conhecido como alinhamento vertical de monodomínio.
Embora principalmente semelhante ao TN, o MVA tem uma característica notável em sua célula que as células TN não possuem: saliências de vidro. Entre os eletrodos de sanduíche, as saliências de vidro dos ângulos reorientam a luz que viaja dentro da camada para que, ao sair do polarizador de superfície, ela viaje em várias direções para satisfazer a necessidade de um amplo ângulo de visão.
Em desenvolvimentos recentes do LCD TFT MVA, a relação de contraste, brilho e tempos de resposta aumentaram em qualidade. A relação de contraste, sendo 300:1 quando desenvolvida pela primeira vez em 1997, foi melhorada para 1000:1. Da mesma forma, o tempo de resposta, caracterizado por aumento (preto para branco) e decaimento (branco para preto), atingiu tempos que são os mais rápidos que os olhos humanos podem processar, demonstrando a adequação dos monitores baseados em MVA para imagens em movimento.
LCD TFT IPS (In-Panel Switching)
Outra solução para o problema de inversão de escala de cinza causado pelo TN é a IPS LCD. Em termos de benefícios do IPS, é bastante semelhante ao MVA. Mas estruturalmente, em vez de ter eletrodos de superfície e traseiros, o IPS coloca ambos os eletrodos no substrato traseiro. Isso então força as moléculas a, quando o campo elétrico está ligado, mudar de orientação, conhecido como comutação de plano, e se alinhar de maneira paralela aos substratos, em vez de perpendicularmente, como nos dispositivos TN. Uma luz de fundo mais brilhante é necessária neste caso, pois a luz precisará de mais energia para produzir o mesmo brilho da tela que o TN pode fazer com menos luz da fonte.
Com este tipo de alinhamento, os ângulos de visão foram preservados em direções muito mais amplas em comparação com o TN. Recentemente, as telas IPS melhoraram as qualidades, como o tempo de resposta, para tornar as telas IPS mais desejáveis para os consumidores. No entanto, este tipo de LCD TFT tenderá a custar mais do que os dispositivos TN.
TN vs O-Film vs MVA vs IPS TFT LCD
Embora o TN TFT LCD tenha o menor custo, isso tem um motivo. Os filmes O, MVAs e LCDs IPS TFT têm custos maiores devido às suas tecnologias mais complexas que melhoram o ângulo de visão para manter a resolução e a qualidade geral da tela.
O filme O especificamente é único porque, em vez de alterar a tecnologia de alinhamento de cristal líquido e por um custo relativamente baixo, ele pode trocar o polarizador de superfície de um dispositivo TN por um filme especial para ampliar o ângulo de visão. Por ser combinado com TN, ele só pode melhorar um pouco o ângulo de visão.
O IPS tem o maior potencial para melhorar o ângulo de visão, alcançando ângulos mais altos do que todas as outras opções. Com o IPS, porém, há um consumo de energia maior do que o dispositivo TN normal devido à necessidade de uma luz de fundo mais brilhante neste dispositivo.
O MVA está próximo, apenas um pouco menos, do IPS TFT LCD em ângulo. O que ele tem, porém, é um tempo de resposta muito mais rápido, como dito anteriormente.
Todas essas tecnologias são opções viáveis, dependendo dos desejos do consumidor e da faixa de preço. LCDs TFT MVA e IPS tendem a ser mais práticos para produtos de consumo como monitores LCD e telas de telefone, enquanto LCDs TN e O-film podem ser usados em aplicações industriais. No entanto, com o crescimento dos LCDs IPS e MVA, suas aplicações estão se ampliando.
LCD TFT AFFS (Comutação Avançada de Campo Fringe)
O AFFS é semelhante ao IPS em conceito; ambos alinham as moléculas do cristal de maneira paralela ao substrato, melhorando os ângulos de visão. No entanto, o AFFS é mais avançado e pode otimizar melhor o consumo de energia. Mais notavelmente, o AFFS tem alta transmitância, o que significa que menos energia da luz é absorvida dentro da camada de cristal líquido e mais é transmitida para a superfície. LCDs IPS TFT normalmente têm transmitâncias mais baixas, daí a necessidade de uma luz de fundo mais brilhante. Essa diferença de transmissão está enraizada no espaço de célula ativo compacto e maximizado do AFFS abaixo de cada pixel.
Desde 2004, Hydis, que desenvolveu o AFFS, licenciou o AFFS para a empresa japonesa Hitachi Displays, onde as pessoas estão desenvolvendo complicados painéis LCD AFFS. A Hydis melhorou as propriedades de exibição, como a legibilidade da tela ao ar livre, tornando-a ainda mais atraente para uso em sua principal aplicação: telas de telefones celulares.
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