¿Cómo funciona la pantalla LCD TFT?

1. ¿Qué es una pantalla LCD TFT?

Una de las tecnologías de visualización que se está desarrollando más rápido en este momento es la pantalla LCD TFT o la pantalla de cristal líquido de transistores de película delgada. Un tipo de dispositivo semiconductor llamado transistor de película delgada (TFT) se utiliza en la tecnología de visualización para aumentar la eficiencia, la compacidad y el costo del producto. La pantalla LCD TFT es una pantalla de matriz activa además de tener propiedades semiconductoras, lo que mejora las ventajas de este dispositivo semiconductor. Controla los píxeles de forma individual y activa en lugar de pasiva.

Desde que se utilizaron junto con la tecnología de pantalla plana, en particular las pantallas de cristal líquido (LCD), las pantallas TFT se han vuelto cada vez más populares para su uso en monitores LCD y pantallas de visualización, incluidos monitores de computadora y teléfonos inteligentes. Con este avance, la pantalla LCD más liviana y menos voluminosa comenzó a reemplazar al tubo de rayos catódicos, también conocido como CRT, como la tecnología de visualización dominante. La tecnología TFT que se encuentra en las pantallas LCD hoy en día se utiliza principalmente para crear pantallas de alta resolución y alta calidad.

2. Estructura

de la pantalla LCD TFT

Tres capas principales componen la construcción de la pantalla LCD TFT. Los sustratos de vidrio forman las dos capas de intercalado; uno de ellos tiene TFT mientras que el otro tiene un filtro de color RGB, o rojo-verde-azul. Una capa de cristal líquido se encuentra en el espacio entre las capas de vidrio.

La capa más profunda o trasera de la placa de circuito de un dispositivo es la capa de sustrato de vidrio TFT. Para su fabricación se utiliza silicio amorfo, una variedad de silicio con una estructura no cristalina. Luego, el sustrato de vidrio real se cubre con una capa de silicio. Los TFT de esta capa se emparejan individualmente con cada subpíxel de la otra capa de sustrato del dispositivo (consulte Arquitectura de un píxel TFT a continuación) y regulan el voltaje aplicado a cada subpíxel. En esta capa, entre el sustrato y la capa de cristal líquido, también hay electrodos de píxeles. Un conductor es un componente que permite que la electricidad fluya hacia adentro o hacia afuera de otro objeto, en este caso, los píxeles.

El otro sustrato de vidrio se encuentra a nivel de la superficie. Los píxeles y subpíxeles reales que componen el filtro de color RGB se encuentran directamente debajo de este sustrato de vidrio. Esta capa superficial tiene contraelectrodos (o comunes) en el lado más cercano a los cristales líquidos que bloquean el circuito que viaja entre las dos capas para equilibrar los electrodos de la capa antes mencionada. Debido a que permiten la transparencia y tienen buenas propiedades conductoras, los electrodos de óxido de indio y estaño (ITO) se utilizan típicamente en ambas capas de sustrato.

Las capas de filtro polarizador están presentes en los lados exteriores de los sustratos de vidrio, ya sea que estén más cerca de la parte delantera o trasera. Solo ciertos haces de luz que están polarizados de una manera particular, es decir, cuyas ondas geométricas son compatibles con el filtro, pueden pasar a través de estos filtros. La polarización incorrecta evita que la luz pase a través del polarizador, lo que da como resultado una pantalla LCD opaca.

Los cristales líquidos están situados entre las dos capas de sustrato. Juntas, las moléculas que componen un cristal líquido pueden moverse y comportarse como un líquido, pero mantienen una estructura cristalina. Para su uso en esta capa, hay una variedad de fórmulas químicas disponibles. Para inducir ciertos comportamientos de paso de luz a través de la polarización de las ondas de luz, los cristales líquidos generalmente se alinean para colocar las moléculas de una manera particular. Se debe usar un campo magnético o un campo eléctrico para lograr esto; Sin embargo, con las pantallas, un campo magnético sería ineficaz porque sería demasiado potente para la pantalla en sí. Como resultado, se utilizan campos eléctricos, que consumen muy poca energía y no requieren corriente.

La alineación de los cristales está en un patrón retorcido de 90 grados antes de aplicar un campo eléctrico a los cristales entre los electrodos, lo que permite que una luz polarizada correctamente pase a través del polarizador de superficie en el modo "blanco normal" de una pantalla. Los electrodos que han sido recubiertos específicamente con una sustancia que tuerce la estructura en esta dirección en particular son los que causan este estado.

La torsión, o realineación, se rompe cuando se aplica el campo eléctrico, lo que hace que los cristales se enderecen. Aunque la luz que pasa aún puede pasar a través del polarizador trasero, la luz no se transmite a la superficie debido a que la capa de cristal no polariza la luz para pasar a través del polarizador de superficie, creando una pantalla opaca. Cuando se reduce el voltaje, solo algunos cristales se realinean, dejando pasar algo de luz y produciendo varios tonos de gris (niveles de luz). El efecto nemático retorcido es el nombre que se le da a este efecto.

Una de las opciones menos costosas para la tecnología LCD, el efecto nemático retorcido también permite tiempos de respuesta rápidos de píxeles. Sin embargo, todavía hay algunas restricciones. La calidad de la reproducción del color puede no ser excelente y hay menos ángulos de visión o ángulos desde los que se puede ver la pantalla.

A través de la conmutación en el plano (IPS) de los cristales líquidos, se superaron estos límites. IPS paraleliza la alineación de los cristales en lugar de alinearlos perpendicularmente a los electrodos. Luego, la matriz agiliza la luz en mayor medida. Los problemas iniciales con tiempos de respuesta lentos se solucionaron en su mayoría recientemente, por lo que las ventajas de mejores ángulos de visión y reproducción del color ahora superan los inconvenientes. Sin embargo, en comparación con los dispositivos nemáticos retorcidos, es una tecnología más cara.

La luz de fondo del dispositivo, que puede proyectar luz desde el lateral o la parte posterior de la pantalla, es la fuente de la luz que viaja a través de ella. La pantalla LCD debe usar la luz de fondo en el módulo LCD porque no puede producir su luz. Los diodos emisores de luz, también conocidos como LED, son el tipo de fuente de luz que se utiliza con más frecuencia. Los LED orgánicos (OLED) también se han vuelto populares recientemente. Si se polariza correctamente, esta luz, que suele ser blanca, pasará a través del filtro de color RGB de la capa de sustrato de la superficie y mostrará el color que especifique el dispositivo TFT.

3. Manejo de una pantalla LCD

TFT

Hay una explicación básica del transistor de efecto de campo (FET) en el primer párrafo de "Evolución de los TFT" en el artículo anterior, "La historia de las pantallas de transistores de película delgada". Dado que el TFT es un tipo de FET, también se adhiere al principio de funcionamiento de los FET. Esencialmente, la corriente de señal de un TFT se puede controlar o cambiar aplicando un voltaje a la puerta. En el panel LCD basado en TFT, esta corriente, conocida como voltaje de conducción, fluye desde la fuente hasta el desagüe y envía una señal a su subpíxel, permitiendo que la luz pase a través.

4. Arquitectura de un píxel TFT

Cada píxel de una pantalla LCD se puede identificar por sus tres subpíxeles.

La coloración RGB de todo ese píxel es producida por estos tres subpíxeles. Estos subpíxeles, cada uno con sus propias capas estructurales y funcionales independientes como se mencionó anteriormente, sirven como condensadores o unidades de almacenamiento eléctrico dentro de un dispositivo. De acuerdo con la alineación de cristal líquido, la luz que pasa a través de los filtros y el polarizador se puede mezclar en colores de casi cualquier tipo usando los tres subpíxeles por píxel.