Hispanopedia WikiUna pantalla de cristal líquido con transistor de película delgada ( TFT LCD ) es un tipo de pantalla de cristal líquido que utiliza tecnología de transistor de película delgada para mejorar las cualidades de la imagen, como la direccionabilidad y el contraste. [ 1 ] Una TFT LCD es una pantalla LCD de matriz activa , [ 2 ] a diferencia de las pantallas LCD de matriz pasiva o las pantallas LCD simples de accionamiento directo (es decir, con segmentos conectados directamente a la electrónica fuera de la pantalla LCD) con pocos segmentos.
Las pantallas LCD TFT se utilizan en televisores , monitores de ordenador , teléfonos móviles , sistemas de videojuegos , asistentes digitales personales , sistemas de navegación , proyectores , [ 3 ] y salpicaderos en algunos automóviles y en motocicletas de gama media a alta .
Historia
En febrero de 1957, John Wallmark de RCA presentó una solicitud de patente para un MOSFET de película delgada [ 4 ] . Paul K. Weimer , también de RCA , implementó las ideas de Wallmark y desarrolló el transistor de película delgada (TFT) en 1962, un tipo de MOSFET distinto del MOSFET estándar de volumen . Se fabricó con películas delgadas de seleniuro de cadmio y sulfuro de cadmio .
La idea de una pantalla de cristal líquido (LCD) basada en TFT fue concebida por Bernard Lechner de RCA Laboratories en 1968. En 1971, Lechner, FJ Marlowe, EO Nester y J. Tults demostraron una pantalla de matriz de 2 por 18 controlada por un circuito híbrido que utilizaba el modo de dispersión dinámica de las LCD. [ 5 ] En 1973, T. Peter Brody , JA Asars y GD Dixon en Westinghouse Research Laboratories desarrollaron un TFT de CdSe ( seleniuro de cadmio ), que utilizaron para demostrar la primera pantalla de cristal líquido de transistor de película delgada de CdSe (LCD TFT). [ 6 ] [ 7 ] Brody y Fang-Chen Luo demostraron la primera pantalla plana de cristal líquido de matriz activa (AM LCD) utilizando TFT de CdSe en 1974, y luego Brody acuñó el término " matriz activa " en 1975. [ 5 ]
Para 2013, la mayoría de los dispositivos de visualización electrónica modernos de alta resolución y alta calidad utilizaban pantallas de matriz activa basadas en TFT. [ 8 ] [ 9 ] [ 6 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]
En 2024, las pantallas TFT LCD seguían siendo dominantes, pero competían con las OLED en cuanto a brillo y resolución, y con el papel electrónico en cuanto a bajo consumo energético.
Construcción
Las pantallas de cristal líquido utilizadas en calculadoras y otros dispositivos con pantallas igualmente sencillas tienen elementos de imagen de accionamiento directo, por lo que se puede aplicar fácilmente un voltaje a través de un solo segmento de este tipo de pantallas sin interferir con los demás segmentos. Esto sería poco práctico para una pantalla grande , ya que tendría una gran cantidad de elementos de imagen ( píxeles ) (colores ) y, por lo tanto, requeriría millones de conexiones, tanto superiores como inferiores, para cada uno de los tres colores (rojo, verde y azul) de cada píxel. Para evitar este problema, los píxeles se direccionan en filas y columnas, reduciendo la cantidad de conexiones de millones a miles. Los cables de columna y fila se conectan a interruptores de transistor , uno para cada píxel. La característica de paso de corriente unidireccional del transistor impide que la carga que se aplica a cada píxel se descargue entre las actualizaciones de la imagen de la pantalla. Cada píxel es un pequeño condensador con una capa de cristal líquido aislante intercalada entre capas conductoras transparentes de óxido de indio y estaño (ITO) .
El proceso de diseño de circuitos de una pantalla TFT-LCD es muy similar al de los productos semiconductores. Sin embargo, en lugar de fabricar los transistores a partir de silicio cristalino , se fabrican a partir de una fina película de silicio amorfo depositada sobre un panel de vidrio . La capa de silicio para las pantallas TFT-LCD se deposita típicamente mediante el proceso PECVD . [ 13 ] Los transistores ocupan solo una pequeña fracción del área de cada píxel y el resto de la película de silicio se elimina mediante grabado para permitir que la luz la atraviese fácilmente.
El silicio policristalino se utiliza a veces en pantallas que requieren un mayor rendimiento de TFT. Algunos ejemplos son las pantallas pequeñas de alta resolución, como las que se encuentran en proyectores o visores. Los TFT basados en silicio amorfo son, con diferencia, los más comunes, debido a su menor coste de producción, mientras que los TFT de silicio policristalino son más caros y mucho más difíciles de producir. [ 14 ]
Tipos
Nemático retorcido (TN)
La pantalla de cristal líquido nemático trenzado (TN) es una de las tecnologías de pantallas de cristal líquido más antiguas y económicas. Las pantallas TN ofrecen tiempos de respuesta de píxeles rápidos y menor distorsión que otros tipos de LCD, como las pantallas IPS , pero presentan una reproducción de color deficiente y ángulos de visión limitados, especialmente en vertical. Al observarlas desde un ángulo distinto al perpendicular a la pantalla, los colores se desvían, llegando incluso a invertirse por completo. Los productos de consumo modernos de alta gama han desarrollado métodos para superar las limitaciones de esta tecnología, como las tecnologías RTC (compensación del tiempo de respuesta/Overdrive) . Las pantallas TN modernas pueden ofrecer una calidad de imagen significativamente superior a la de las pantallas TN antiguas, pero en general, presentan ángulos de visión inferiores y una reproducción de color deficiente en comparación con otras tecnologías como IPS.
La mayoría de los paneles TN pueden representar colores usando solo seis bits por canal RGB, o 18 bits en total, y no pueden mostrar los 16,7 millones de tonos de color ( color verdadero de 24 bits ) que están disponibles usando color de 24 bits. En cambio, estos paneles muestran color de 24 bits interpolado usando un método de tramado que combina píxeles adyacentes para simular el tono deseado. También pueden usar una forma de tramado temporal llamada control de velocidad de fotogramas (FRC), que alterna entre diferentes tonos con cada nuevo fotograma para simular un tono intermedio. Dichos paneles de 18 bits con tramado a veces se anuncian como que tienen "16,2 millones de colores". Estos métodos de simulación de color son perceptibles para muchas personas y muy molestos para algunas. [ 15 ] El FRC tiende a ser más perceptible en tonos más oscuros, mientras que el tramado parece hacer visibles los píxeles individuales de la pantalla LCD. En general, la reproducción del color y la linealidad en los paneles TN son deficientes. Las deficiencias en la gama de colores de las pantallas (a menudo denominada porcentaje de la gama de colores NTSC de 1953 ) también se deben a la tecnología de retroiluminación. Es común que las pantallas antiguas tengan una cobertura de entre el 10 % y el 26 % de la gama de colores NTSC, mientras que otros tipos de pantallas, que utilizan formulaciones de fósforo CCFL o LED más complejas o retroiluminación LED RGB, pueden superar el 100 % de la gama de colores NTSC, una diferencia fácilmente perceptible para el ojo humano.
La transmitancia de un píxel de un panel LCD normalmente no cambia linealmente con el voltaje aplicado, [ 16 ] y el estándar sRGB para monitores de computadora requiere una dependencia no lineal específica de la cantidad de luz emitida en función del valor RGB .
Conmutación en el plano (IPS)
La tecnología de conmutación en el plano (IPS) fue desarrollada por Hitachi en 1996 para mejorar el ángulo de visión y la reproducción cromática deficientes de los paneles TN de la época. [ 17 ] [ 18 ] Su nombre proviene de la principal diferencia con los paneles TN: las moléculas cristalinas se mueven paralelas al plano del panel en lugar de perpendiculares a él. Este cambio reduce la dispersión de la luz en la matriz, lo que confiere a la IPS sus característicos ángulos de visión amplios y una buena reproducción cromática. [ 19 ]
Las primeras versiones de la tecnología IPS se caracterizaban por un tiempo de respuesta lento y una baja relación de contraste, pero las revisiones posteriores han mejorado notablemente estas deficiencias. Gracias a su amplio ángulo de visión y reproducción cromática precisa (con una mínima variación de color al mirar fuera del campo de visión), la tecnología IPS se utiliza ampliamente en monitores de gama alta dirigidos a diseñadores gráficos profesionales, aunque, con la reciente bajada de precios, también se ha visto en el mercado general. Hitachi vendió la tecnología IPS a Panasonic .
Conmutación avanzada de campos marginales (AFFS)
Esta es una tecnología LCD derivada de la IPS de Boe-Hydis de Corea. Conocida como conmutación de campo de franja (FFS) hasta 2003, [ 23 ] la conmutación de campo de franja avanzada es una tecnología similar a IPS o S-IPS que ofrece un rendimiento superior y una gama de colores con alta luminosidad. El cambio de color y la desviación causados por la fuga de luz se corrigen optimizando la gama de blancos, lo que también mejora la reproducción de blancos y grises. AFFS es desarrollada por Hydis Technologies Co., Ltd, Corea (anteriormente Hyundai Electronics, LCD Task Force). [ 24 ]
En 2004, Hydis Technologies Co., Ltd. cedió la licencia de su patente AFFS a la empresa japonesa Hitachi Displays. Hitachi utiliza AFFS para fabricar paneles de alta gama en su línea de productos. En 2006, Hydis también cedió la licencia de su tecnología AFFS a Sanyo Epson Imaging Devices Corporation.
Hydis presentó AFFS+ en 2007, un sistema que mejoró la legibilidad en exteriores.
Alineación vertical multidominio (MVA)
Logró una respuesta de píxeles rápida para su época, amplios ángulos de visión y alto contraste a costa del brillo y la reproducción del color. Los paneles MVA modernos ofrecen amplios ángulos de visión (solo superados por la tecnología S-IPS), buena profundidad de negro, buena reproducción y profundidad del color, y tiempos de respuesta rápidos gracias al uso de tecnologías de compensación del tiempo de respuesta (RTC). Cuando los paneles MVA se visualizan fuera de la perpendicular, los colores se desplazan, pero mucho menos que en los paneles TN.
Existen varias tecnologías de "próxima generación" basadas en MVA, incluidas P-MVA y AMVA de AU Optronics , así como S-MVA de Chi Mei Optoelectronics .
Alineación vertical con patrón (PVA)
Los paneles PVA menos costosos suelen usar tramado y FRC , mientras que los paneles super-PVA (S-PVA) usan al menos 8 bits por componente de color y no usan métodos de simulación de color. [ 25 ] S-PVA también eliminó en gran medida el brillo fuera de ángulo de los negros sólidos y redujo el cambio de gamma fuera de ángulo. Algunos televisores LCD Sony BRAVIA de gama alta ofrecen compatibilidad con color de 10 bits y xvYCC, por ejemplo, la serie Bravia X4500. S-PVA también ofrece tiempos de respuesta rápidos usando tecnologías RTC modernas.
Vista superior avanzada (ASV)
Sharp desarrolló la vista superior avanzada, también llamada alineación vertical axialmente simétrica . [ 26 ] Es un modo VA donde las moléculas de cristal líquido se orientan perpendicularmente a los sustratos en el estado apagado. El subpíxel inferior tiene electrodos cubiertos de forma continua, mientras que el superior tiene un electrodo de área más pequeña en el centro del subpíxel.
Cuando el campo está activado, las moléculas de cristal líquido comienzan a inclinarse hacia el centro de los subpíxeles debido al campo eléctrico; como resultado, se forma una alineación continua en forma de molinete (CPA); el ángulo azimutal gira 360 grados continuamente, lo que resulta en un excelente ángulo de visión. El modo ASV también se denomina modo CPA. [ 27 ]
Conmutación de plano a línea (PLS)
Una tecnología desarrollada por Samsung es Super PLS, que presenta similitudes con los paneles IPS, pero ofrece ángulos de visión más amplios, mejor calidad de imagen, mayor brillo y menores costos de producción. La tecnología PLS debutó en el mercado de pantallas para PC con el lanzamiento de los monitores Samsung S27A850 y S24A850 en septiembre de 2011. [ 28 ]
Tecnología de píxeles de doble transistor (DTP) o de celda TFT
La tecnología de píxeles o celdas TFT de doble transistor es una tecnología de visualización reflectiva para aplicaciones de muy bajo consumo energético, como etiquetas electrónicas para estanterías (ESL), relojes digitales o sistemas de medición. La tecnología DTP consiste en añadir una puerta de transistor secundaria a la celda TFT para mantener la visualización de un píxel durante 1 segundo sin pérdida de imagen ni degradación de los transistores TFT con el tiempo. Al reducir la frecuencia de actualización estándar de 60 Hz a 1 Hz, la tecnología DTP promete aumentar la eficiencia energética considerablemente.
Industria de pantallas
Debido al elevado coste de construcción de fábricas de TFT, existen pocos proveedores importantes de paneles OEM para pantallas de gran tamaño. Los proveedores de paneles de vidrio son los siguientes:
Interfaz eléctrica
Los dispositivos de visualización externos para el consumidor, como las pantallas TFT LCD, cuentan con una o más interfaces analógicas VGA , DVI , HDMI o DisplayPort , y muchos incluyen varias de estas interfaces. En su interior, una placa controladora convierte la señal de vídeo mediante mapeo de color y escalado de imagen, generalmente utilizando la transformada discreta del coseno (DCT), para convertir cualquier fuente de vídeo ( CVBS , VGA , DVI , HDMI , etc.) en RGB digital con la resolución nativa del panel. En un portátil, el chip gráfico genera directamente una señal compatible con la pantalla TFT integrada. El mecanismo de control de la retroiluminación suele estar integrado en la misma placa controladora.
La interfaz de bajo nivel de los paneles de visualización STN , DSTN o TFT utiliza una señal TTL de 5 V de terminación simple para pantallas antiguas o una señal TTL de 3,3 V para pantallas más recientes, que transmite en paralelo la señal de reloj de píxeles, la sincronización horizontal , la sincronización vertical , el rojo digital, el verde digital y el azul digital . Algunos modelos (por ejemplo, el AT070TN92) también incluyen señales de habilitación de entrada/pantalla , dirección de escaneo horizontal y dirección de escaneo vertical.
Las pantallas TFT nuevas y grandes (>15") suelen usar señalización LVDS que transmite el mismo contenido que la interfaz paralela (Hsync, Vsync, RGB), pero coloca los bits de control y RGB en varias líneas de transmisión seriales sincronizadas con un reloj cuya frecuencia es igual a la frecuencia de píxeles. LVDS transmite siete bits por ciclo de reloj por línea de datos, con seis bits para datos y un bit utilizado para indicar si los otros seis bits deben invertirse para mantener el equilibrio de CC. Las pantallas TFT de bajo costo suelen tener tres líneas de datos y, por lo tanto, solo admiten directamente 18 bits por píxel . Las pantallas de gama alta tienen cuatro o cinco líneas de datos para admitir 24 bits por píxel ( color verdadero ) o 30 bits por píxel, respectivamente. Los fabricantes de paneles están reemplazando gradualmente LVDS con DisplayPort interno y DisplayPort integrado, que permiten una reducción de seis veces en la cantidad de pares diferenciales.
La intensidad de la retroiluminación se controla generalmente variando unos pocos voltios de CC, generando una señal PWM , ajustando un potenciómetro o simplemente manteniéndola fija. Esto, a su vez, controla un inversor CC-CA de alto voltaje ( 1,3 kV ) o una matriz de LED . El método para controlar la intensidad de los LED consiste en pulsarlos con PWM, lo que puede generar parpadeo armónico.
El panel de visualización sin carcasa solo aceptará una señal de video digital con la resolución determinada por la matriz de píxeles del panel diseñada en su fabricación. Algunos paneles de pantalla ignorarán los bits LSB de la información de color para presentar una interfaz consistente (8 bits -> 6 bits/color x3). [ 31 ]
Con señales analógicas como VGA, el controlador de pantalla también necesita realizar una conversión analógica a digital de alta velocidad . Con señales de entrada digitales como DVI o HDMI, es necesario reordenar los bits antes de enviarlos al reescalador si la resolución de entrada no coincide con la resolución del panel de visualización.
Seguridad
Los cristales líquidos se someten constantemente a pruebas de toxicidad y ecotoxicidad para detectar cualquier riesgo potencial. El resultado es que:
- Las aguas residuales de la fabricación son altamente tóxicas para la vida acuática, [ 32 ]
- pero en casos excepcionales puede tener un efecto irritante, corrosivo o sensibilizante. Cualquier efecto puede evitarse utilizando una concentración limitada en las mezclas.
- no son mutagénicos, ni en bacterias (prueba de Ames) ni en células de mamíferos (ensayo de linfoma de ratón o prueba de aberración cromosómica),
- no se sospecha que sean cancerígenos, [ 33 ]
- son peligrosos para los organismos acuáticos (bacterias, algas, dafnias, peces), [ 32 ]
- no poseen ningún potencial de bioacumulación significativo,
- no son fácilmente biodegradables. [ 33 ]
Estas declaraciones son aplicables tanto a Merck KGaA como a sus competidores JNC Corporation (antes Chisso Corporation) y DIC (antes Dainippon Ink & Chemicals). Los tres fabricantes se han comprometido a no introducir en el mercado cristales líquidos altamente tóxicos o mutagénicos. Estos representan más del 90 % del mercado mundial de cristales líquidos. El resto del mercado de cristales líquidos, producido principalmente en China, consiste en sustancias más antiguas y libres de patentes de los tres principales productores mundiales, que ya han sido sometidas a pruebas de toxicidad. Por lo tanto, también pueden considerarse no tóxicas.
El informe completo está disponible en línea en Merck KGaA. [ 33 ]
Las luces de fondo CCFL que se utilizan en muchos monitores LCD contienen mercurio , que es tóxico.
Véase también
Referencias
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Enlaces externos
- TFT Central – Reseñas, noticias y artículos, e incluye una base de datos de búsqueda de paneles.
- "Búsqueda de paneles de monitor" . FlatpanelsHD.com .Base de datos de búsqueda de paneles de monitores LCD
- Tutorial animado sobre pantallas LCD de 3M
- Paneles LCD con compensación del tiempo de respuesta , X-bit labs, 20 de diciembre de 2005
- "Parámetros y características de los monitores LCD contemporáneos" . X-bit labs . 26 de octubre de 2004. Archivado del original el 14 de enero de 2005.
- Problemas de rendimiento en juegos con pantallas LCD TFT , Digital Silence, 10 de agosto de 2004
- ¿Qué es una pantalla TFT LCD ? Plasma.com: descripción detallada de la tecnología que incorpora una pantalla TFT LCD.
- Guía de compra de monitores – Reseñas de CNET
- Tecnología de visualización
