¿Cómo funciona la pantalla LCD?

En la era digital actual, las pantallas LCD TFT se han convertido en omnipresentes y alimentan dispositivos que van desde smartphones y portátiles hasta televisores y señalización digital.

En la era digital actual, las pantallas LCD TFT son omnipresentes y alimentan dispositivos que van desde teléfonos inteligentes y ordenadores portátiles hasta televisores y señalización digital. El objetivo de este blog es explicar en profundidad el funcionamiento de las pantallas LCD TFT, así como su construcción, funcionamiento y componentes clave.

I. Estructura de una pantalla LCD TFT

Las pantallas LCD TFT constan de varias capas que trabajan juntas para producir imágenes vibrantes y dinámicas. Estas capas incluyen:

● Capas de sustrato

Sustratos de vidrio: Las pantallas LCD TFT suelen utilizar dos sustratos de vidrio intercalados para formar un panel de visualización. Estos sustratos de vidrio proporcionan soporte mecánico y sirven de base para otras capas.

Electrodos transparentes: Sobre los sustratos de vidrio se aplican finas capas de material conductor transparente, como el óxido de indio y estaño (ITO). Estos electrodos permiten aplicar campos eléctricos para controlar los cristales líquidos.

estructura de la matriz activa

Transistores de película fina (TFT): En uno de los sustratos de vidrio, se fabrica una matriz de transistores de película fina utilizando materiales semiconductores como el silicio amorfo (a-Si) o el polisilicio de baja temperatura (LTPS). Cada TFT actúa como un interruptor que controla la tensión aplicada a cada píxel.

Filtro de color: Encima de la matriz de TFT se coloca una capa de filtro de color. Consta de filtros de color rojo, verde y azul dispuestos en un patrón preciso, que corresponde a los subpíxeles de cada píxel.

Capa de cristal líquido: Entre los sustratos de vidrio se coloca una capa de cristales líquidos. Los cristales líquidos son compuestos orgánicos que pueden cambiar su orientación en respuesta a campos eléctricos. Actúan como un medio de modulación de la luz, controlando la cantidad de luz que pasa a través de la pantalla.

II. Funcionamiento de una pantalla LCD TFT

● Retroiluminación

Lámpara fluorescente de cátodo frío (CCFL): Las pantallas LCD TFT tradicionales utilizan tubos CCFL como fuente de retroiluminación. Estos tubos emiten luz blanca, que atraviesa las capas para crear la iluminación inicial.

Diodos emisores de luz (LED): Con los avances tecnológicos, la retroiluminación por LED se ha convertido en la norma. Los LED ofrecen una mayor eficiencia energética, una mejor reproducción del color y factores de forma más delgados.

● Control de píxeles

Transistores TFT y control de voltaje: Cada píxel de la pantalla está asociado a un transistor TFT. Aplicando tensión al transistor, las moléculas de cristal líquido del píxel correspondiente pueden alinearse o retorcerse, controlando el paso de la luz.

Direccionamiento de píxeles individuales: Los transistores TFT están dispuestos en un patrón matricial. Activando selectivamente los transistores, se pueden enviar señales eléctricas a píxeles específicos, lo que permite un control preciso del comportamiento de cada píxel.

reproducción del color

Modelo de color RGB: Las pantallas LCD TFT emplean el modelo de color RGB, en el que cada píxel se compone de subpíxeles rojos, verdes y azules. Variando la intensidad de cada subpíxel, se puede producir una amplia gama de colores.

Disposición de los subpíxeles: Los subpíxeles se disponen en un patrón específico, normalmente RGB, horizontal o verticalmente, para lograr la reproducción del color y la densidad de píxeles deseadas.

III. Principio de funcionamiento de los transistores TFT

transistor de película fina (TFT)

TFT de silicio amorfo (a-Si): Estos TFT se utilizan comúnmente en las pantallas LCD TFT. Se fabrican depositando una capa de silicio amorfo sobre el sustrato de vidrio. Aunque los TFT de a-Si son rentables, tienen tiempos de respuesta más lentos y menor movilidad de electrones.

TFT de polisilicio de baja temperatura (LTPS): Los TFT LTPS ofrecen mayor movilidad de electrones y tiempos de respuesta más rápidos que los TFT a-Si. Se fabrican utilizando polisilicio depositado a bajas temperaturas, lo que da lugar a una estructura más cristalina.

● Matriz activa y pasiva

Pantallas LCD TFT de matriz activa: Las pantallas de matriz activa utilizan un transistor individual para cada píxel. Esto garantiza un control preciso del comportamiento de cada píxel y permite frecuencias de actualización más rápidas y una mejor calidad de imagen.

Pantallas LCD TFT de matriz pasiva: Las pantallas de matriz pasiva utilizan una matriz de electrodos para direccionar filas y columnas de píxeles. Sin embargo, sufren de tiempos de respuesta más lentos, resolución limitada y ratios de contraste más bajos.

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IV. Capa de cristal líquido y funcionamiento de los píxeles

● Alineación de los cristales líquidos

Cristales líquidos nemáticos: El tipo más común de cristal líquido utilizado en las pantallas LCD TFT es el cristal líquido nemático. Los cristales líquidos nemáticos se alinean paralelamente al campo eléctrico aplicado cuando hay un voltaje presente.

Capas de alineación: Las capas de alineación se aplican a las superficies interiores de los sustratos de vidrio para controlar la orientación de las moléculas de cristal líquido. Estas capas garantizan una alineación uniforme y evitan efectos indeseables como las imágenes fantasma o los cambios de color.

estados de los píxeles

Nemático trenzado (TN): En una pantalla TN, las moléculas de cristal líquido se retuercen entre dos sustratos de vidrio para controlar la polarización de la luz que las atraviesa. Variando el voltaje aplicado al transistor TFT, se puede ajustar el ángulo de torsión de las moléculas de cristal líquido, lo que permite controlar el paso de la luz.

Conmutación en el plano (IPS): Las pantallas IPS utilizan una técnica diferente de alineación del cristal líquido. En este caso, las moléculas de cristal líquido se alinean horizontalmente entre los sustratos de vidrio cuando no se aplica tensión. Al aplicar una tensión, las moléculas se alinean verticalmente, modulando así la transmisión de la luz.

Alineación vertical (VA): Las pantallas VA tienen moléculas de cristal líquido que se alinean perpendicularmente a los sustratos de vidrio cuando no hay tensión. La aplicación de una tensión hace que las moléculas se alineen horizontalmente, controlando así el paso de la luz.

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V. Conducción de señales y direccionamiento de píxeles

● Métodos de exploración

Escaneo línea por línea: En este método, la pantalla se escanea secuencialmente, línea por línea, de arriba hacia abajo. Cada fila de píxeles se activa en secuencia para crear una imagen completa.

Multiplexación por división de tiempo (TDM): La TDM consiste en dividir la pantalla en varias franjas horarias. Los píxeles se direccionan de forma cíclica, cambiando rápidamente entre diferentes filas o columnas durante cada intervalo de tiempo.

● Control de tensión

Control de voltaje analógico: En las primeras pantallas LCD TFT, se utilizaba el control de voltaje analógico para ajustar el voltaje aplicado a cada píxel. Este método permitía gradaciones suaves de brillo y color.

Modulación por ancho de pulsos (PWM): La PWM es una técnica muy utilizada en la que la tensión aplicada a cada píxel se activa y desactiva rápidamente. Ajustando el ciclo de trabajo, se puede controlar la tensión media en el píxel, lo que da lugar a distintos niveles de brillo.

VI. Conclusión

Las pantallas LCD TFT han revolucionado la tecnología de visualización, aportando visuales vibrantes y experiencias inmersivas a diversos dispositivos que utilizamos a diario. Al comprender la construcción, el funcionamiento y los componentes clave de las pantallas LCD TFT, nos hacemos una idea de sus extraordinarias capacidades y apreciamos la maravilla de ingeniería que hay detrás de estas pantallas. A medida que la tecnología siga avanzando, las pantallas LCD TFT desempeñarán sin duda un papel fundamental en la configuración del futuro de la comunicación visual.