¿Qué son los LCD de matriz activa y los TFT-LCD?

Desde el punto de vista de la tecnología de visualización, las pantallas LCD se pueden clasificar en LCD de matriz pasiva y LCD de matriz activa, y las TFT-LCD son pantallas activas de transistores de película fina.

I.Tecnología de pantalla LCD: Matriz pasiva frente a matriz activa

Los cristales líquidos (CL) son un estado de la materia que tiene propiedades entre las de los líquidos convencionales y las de los cristales sólidos, en los que las moléculas constituyentes tienden a alinearse entre sí. Las pantallas de cristal líquido (LCD) utilizan el carácter único de los LC nemáticos, que son ópticamente activos y se alinean con un campo aplicado.

El carácter de la fase nemática LC: El centro de gravedad de las moléculas en la fase nemática carece de orden posicional, lo que le permite fluir libremente y las posiciones de su centro de masa se distribuyen aleatoriamente como en un líquido, pero los directores de las moléculas se alinean espontáneamente con sus ejes largos aproximadamente paralelos.

Hay dos formas de conducir el funcionamiento de la LC en el campo eléctrico, ya sea con una matriz pasiva o con una rejilla de matriz activa. Por lo tanto, las LCD pueden clasificarse como LCD de matriz pasiva (PMLCD) y LCD de matriz activa (AMLCD).

-LCD de matriz pasiva (PMLCD)

La pantalla de matriz pasiva es la primera tecnología LCD comercializada, que está diseñada con una simple rejilla de electrodos de fila y columna respectivos en las placas superior e inferior para dirigir los píxeles.

El principio de funcionamiento de la pantalla pasiva consiste en utilizar la señal de entrada para accionar los electrodos de cada fila sucesivamente, de modo que cuando se selecciona una fila, los electrodos de la columna se activan para encender los píxeles situados en la intersección de la fila y la columna.

Desventajas

Este método es relativamente sencillo. Sin embargo, sus desventajas son

● Diafonía

Dada la estructura de multiplexación, si hay una gran corriente que fluye a través de un segmento, un segmento cercano se verá afectado, causando ghosting.

● Relación de contraste pobre

Por lo tanto, el rango de tensión permitido es limitado, y la relación de contraste se reduce

● Límite de filas y baja respuesta

Mientras se añaden las filas y las columnas, la corriente baja, en consecuencia, la célula se encenderá y apagará lentamente

Normalmente se limita a unas 320 filas.

-LCD de matriz activa (AMLCD) / LCD TFT

La pantalla AM elimina estas limitaciones de multiplexación al utilizar un elemento de conmutación y un condensador de almacenamiento en cada píxel de la pantalla

Estos conmutadores suelen implementarse a través de transistores, que se fabrican utilizando la película fina conductora de corriente (normalmente una película de silicio-Si) y, por tanto, se denominan transistores de película fina, TFT

La pantalla LCD de matriz activa también se conoce como TFT LCD.

Una pantalla en color con una resolución de 1024×768 incluye 1024x3x768=2.359.296 subpíxeles

Al igual que la pantalla LCD de matriz pasiva, las capas superior e inferior de la pantalla LCD de matriz activa también están dispuestas vertical y horizontalmente con electrodos transparentes de óxido de indio y estaño (ITO).

La diferencia es que se añade un pequeño transistor a cada unidad, y el transistor controla el encendido y apagado de cada píxel

Permite que los voltajes de las columnas se apliquen sólo a la fila que está siendo direccionada, mientras que el condensador de almacenamiento mantiene la información de los píxeles para todo el cuadro también cuando se elimina la señal de direccionamiento

De este modo, es posible un alto contraste y se puede utilizar una mezcla LC rápida, ya que el píxel ya no tiene que responder a la tensión media durante todo un periodo de trama, como en los PMLCD. Por la misma razón, también se minimiza el fenómeno de la diafonía.

-Revolución de la tecnología LCD

lCD pasivo, de TN, STN, DSTN a FSTN

Las primeras pantallas matriciales pasivas se basaban en diseños nemáticos trenzados (TN). Las direcciones de polarización de las placas polarizadoras superior e inferior están a 90°, por lo que el cristal líquido del centro está torcido a 90°

Los paneles LCD resultantes tienen poco contraste y tiempos de respuesta lentos. Este método funciona bien para pantallas de baja información, pero no para pantallas de ordenador.

El método Super Twisted Nematic (STN) se mejora cambiando la composición química del LC para que las moléculas del LC se retuerzan más de una vez, por lo que la torsión de la luz alcanza de 180° a 270°, lo que puede mejorar mucho el contrato

A principios de los años 80, la tecnología STN era muy popular. Pero viene acompañada de un cambio de color en la luz, especialmente cuando la pantalla está fuera del eje. Por eso las primeras pantallas de ordenador eran siempre azuladas y amarillentas.

Para resolver el problema del cambio de color, se desarrollaron la tecnología STN de doble capa (DSTN) y la tecnología mejorada Film-compensated STN (FSTN), con una calidad de visualización comparable y un bajo coste.

A principios de la década de 1990 se propuso el concepto de doble escaneo para la FSTN, con el fin de resolver el fenómeno de las imágenes fantasma y mejorar significativamente el contraste y la calidad gráfica, además de acortar el tiempo de respuesta. Todavía se utiliza mucho en los ordenadores de bajo precio.

▶ LCD activa, la pantalla plana avanzada se convirtió en la corriente principal a finales de los 90

En comparación con la matriz pasiva, la matriz activa es una tecnología mucho más avanzada para las pantallas planas

Pero para competir con el CRT en los años 90, la calidad de imagen de los AMLCD no alcanzaba el estándar del CRT.

Los inconvenientes eran el ángulo de visión y la gama de colores limitados, el bajo nivel de negro, la baja luminancia máxima y el lento tiempo de respuesta del material LC, el alto coste y el bajo rendimiento de la producción

En los últimos 30 años, estos problemas se han abordado y resuelto en gran medida

desde 2005, la calidad de imagen de las pantallas LCD para televisión ha superado a la de las pantallas CRT. El hito es la introducción en el mercado de los módulos LC de alta definición (FHD) con 1080 líneas, que tienen un buen contraste de luz diurna y una alta resolución.

● El ángulo de visión podría ampliarse espectacularmente aplicando nuevas estructuras LC como la conmutación en el plano (IPS) y las LC nemáticas alineadas verticalmente (VAN)

● La gama de colores se ha mejorado aplicando nuevos materiales de filtro de color y diodos emisores de luz (LED) en la BLU

● Se consigue un alto contraste dinámico (incluido un buen nivel de negro) mediante técnicas de atenuación adecuadas

● La minimización del grosor de la célula LC y la aplicación de nuevas recetas LC han acortado el tiempo de respuesta

● Dado que el coste del panel de un módulo LCD TFT es relativamente alto, la disminución del coste de fabricación de un panel LC es uno de los principales problemas. La forma más eficaz es ampliar el vidrio madre o el sustrato de las placas trasera y delantera

Hasta 2021, se está produciendo el Gen11, que puede procesar el tamaño del sustrato de vidrio 3000*3320(mm). (En la industria, "Gen" significa generación, que se utiliza para indicar el tamaño del sustrato de vidrio para un panel LC. )

● Con la mejora del proceso de producción en cuanto a alto rendimiento y eficiencia de costes, el TFT-LCD ha estado tomando la delantera en el mercado de las pantallas ahora.

-PMLCD vs. AMLCD

A pesar de que AMLCD (TFT LCD) se aprovecha de la tecnología de visualización y la calidad de la pantalla, el costo de algunos módulos puede competir con el tamaño similar de los LCD pasivos.

El PMLCD sigue ocupando algunos mercados específicos con bajo coste y sin necesidad de alta resolución

● LCD de matriz pasiva

Principio de funcionamiento: Los píxeles se direccionan directamente y deben conservar su estado entre las actualizaciones de la pantalla sin el beneficio de una carga eléctrica constante.

Otras clasificaciones/desarrollo tecnológico: TN, STN, DSTN, FSTN con doble exploración.

Relación de contraste: Bajo

Tiempo de respuesta: Más lento

Saturación de color: Más bajo

Resolución: Menor

Escala de grises: Muy limitada

Brillo: Bajo

Consumo de energía: Más bajo

Coste: Menor

A medida: Flexible con menor coste

Aplicación: Pantallas numéricas, procesadores de texto monocolor, principalmente pantallas monocromáticas de bajo coste y bajo consumo, y pantallas gráficas.

● LCD de matriz activa

Principio de funcionamiento: En cada píxel se coloca un interruptor que desacopla la función de selección de píxeles. El transistor de película fina es la tecnología principal del subgrupo AMLCD.

Otras clasificaciones/desarrollo tecnológico: En función del ángulo de visión: TN, IPS, VAN; En función del material utilizado para su elaboración: silicio amorfo (a-Si), silicio policristalino de baja temperatura (LTPS), silicio de grano continuo (CGS), óxido de indio galio y zinc (l IGZO), polisilicio de alta temperatura (HTPS).

Relación de contraste: Mayor

Tiempo de respuesta: Más rápido

Saturación de color: Color verdadero

Resolución: Capaz de una resolución mucho mayor, alcanza la resolución 8K ahora.

Escala de grises: Capaz de una alta

Brillo: Mayor

Consumo de energía: Mayor

Coste: Mayor

Personalizado: Mayor coste NRE en el panel LCD, pero flexible debido a las múltiples opciones: tamaño, resolución, BL, acabado de la cubierta, etc.

Aplicación: Teléfonos móviles, pantallas de ordenador, monitores, televisión y pantallas de color convencionales.

II. Características principales de la pantalla LCD TFT en la industria

Gracias a las ventajas de la tecnología de pantalla de matriz activa y al desarrollo tecnológico de los materiales, componentes y producción relacionados en los últimos años, la TFT-LCD ha atraído a los mercados para adoptar esta tecnología.

● Flexible en tamaño

En teoría, el tamaño no puede tener límites

En el mercado, el tamaño más común en las aplicaciones, cubre menos de 1 pulgada para los wearables, y más de 50 pulgadas para la televisión.

● Alta integración

Con la revolución de la industria IC, TFT-LCD puede proporcionar una alta resolución con menos espesor y tamaño.

Por ejemplo, el TFT de 1,3 pulgadas puede tener una resolución de XGA (1024 x 768) que contiene millones de píxeles, mientras que la película TFT para 16,1 pulgadas con una resolución de SXGA (1280×1024) es de sólo 50 nm.

● Alto rendimiento de la pantalla

En el TFT-LCD, cada píxel de la pantalla de cristal líquido es controlado de forma independiente por un transistor de película fina integrado detrás.

Por este medio, la pantalla puede tener una respuesta rápida y alta precisión en el color, para proporcionar un alto contraste, alto brillo y color verdadero.

● Eficiencia de costes

Desde una perspectiva industrial, la aplicación de sustratos de vidrio y sustratos de plástico resuelve fundamentalmente el problema del coste de los circuitos integrados de semiconductores a gran escala.

Y con la optimización de la producción y la tecnología en los últimos 30 años, la tasa de rendimiento ha mejorado, en promedio por encima del 90%, mucho mejor que OLED de alrededor del 80%.

● Consumo de energía y vida útil

En comparación con la CRT, la pantalla LCD TFT consume aproximadamente una décima parte de la energía de una pantalla CRT, y la pantalla LCD TFT reflectante es incluso sólo una centésima parte.

El consumo de energía de la pantalla TFT procede principalmente de la retroiluminación, que representa alrededor del 90%. Reducir el consumo de energía del BL es el objetivo del desarrollo futuro de la pantalla de cristal líquido TFT, así como mejorar su vida útil.

Porque la retroiluminación es también el factor clave que determina la vida útil de la pantalla de cristal líquido. Cuando la retroiluminación se oscurece cuando alcanza su máxima vida útil, la pantalla LCD se desgastará. Incluso antes de eso, la calidad de la pantalla disminuirá

Sin embargo, en comparación con el OLED, el TFT-LCD tiene una vida útil más larga, de más de 30.000 horas.

III. Aplicación de TFT-LCD

El TFT-LCD es una interfaz entre los humanos y las máquinas, cada industria sigue teniendo su requisito único para que su terminal funcione en una escena específica

A la luz de los requisitos en cuanto a tamaño y características para diversas industrias, hemos compartido nuestra experiencia y comprensión del segmento de aplicación en el sitio.

Si desea utilizar TFT-LCD y Graphic LCD en su terminal, no dude en ponerse en contacto con nosotros. Suministramos tamaños pequeños y medianos y podríamos ofrecer una solución personalizada para su aplicación.