Pantalla de cristal líquido de transistor de película delgada


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Una pantalla de cristal líquido de transistor de película delgada ( TFT LCD ) es una variante de una pantalla de cristal líquido (LCD) que utiliza tecnología de transistor de película delgada (TFT) [1] para mejorar las cualidades de la imagen, como la direccionabilidad y el contraste. Una pantalla LCD TFT es una pantalla LCD de matriz activa , a diferencia de las pantallas LCD de matriz pasiva o de las pantallas LCD simples de accionamiento directo [se necesita aclaración ] con unos pocos segmentos.

TFT LCD se utilizan en los electrodomésticos, incluyendo televisores , monitores de ordenador , teléfonos móviles , dispositivos portátiles, videojuegos sistemas, asistentes digitales personales , sistemas de navegación , proyectores , [2] y automóviles cuadros de mando .

Historia

En febrero de 1957, John Wallmark de RCA presentó una patente para un MOSFET de película delgada. 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 a granel. Estaba hecho 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 impulsada por un circuito híbrido que utiliza elmodo de dispersión dinámica de las pantallas LCD. [3] En 1973, T. Peter Brody , JA Asars y GD Dixon de Westinghouse Research Laboratories desarrollaron un CdSe ( seleniuro de cadmio ) TFT, que utilizaron para demostrar la primera pantalla de cristal líquido de transistor de película delgada (TFT LCD) CdSe . [4] [5] Brody y Fang-Chen Luo demostraron la primera pantalla plana de cristal líquido de matriz activa (LCD AM) usando CdSe TFT en 1974, y luego Brody acuñó el término "matriz activa" en 1975. [3] Como de 2013 , todas las pantallas visuales electrónicas modernas de alta resolución y alta calidadLos dispositivos utilizan pantallas de matriz activa basadas en TFT. [6] [7] [4] [8] [9] [10]

Construcción

Un diagrama del diseño de píxeles.

Las pantallas de cristal líquido utilizadas en calculadoras y otros dispositivos con pantallas igualmente simples tienen elementos de imagen de accionamiento directo y, por lo tanto, se puede aplicar fácilmente un voltaje en solo un segmento de estos tipos de pantallas sin interferir con los otros segmentos. Esto no sería práctico para una pantalla grande , porque tendría una gran cantidad de elementos de imagen (en color) ( píxeles ) y, por lo tanto, requeriría millones de conexiones, tanto superior como inferior para cada uno de los tres colores (rojo, verde y azul) de cada píxel. Para evitar este problema, los píxeles se tratan en filas y columnas, lo que reduce el recuento de conexiones de millones a miles. Los cables de columna y fila se conectan al transistorconmutadores, uno para cada píxel. La característica de paso de corriente unidireccional del transistor evita que la carga que se está aplicando a cada píxel se drene entre actualizaciones en la imagen de una pantalla. Cada píxel es un pequeño condensador con una capa de cristal líquido aislante intercalada entre capas de ITO conductoras transparentes .

El proceso de diseño de circuitos de un TFT-LCD es muy similar al de los productos semiconductores. Sin embargo, en lugar de fabricar los transistores de silicio , que se forma en una oblea de silicio cristalino , están hechos de una película delgada de silicio amorfo que se deposita sobre un panel de vidrio . La capa de silicio para TFT-LCD se deposita normalmente mediante el proceso PECVD . [11] Los transistores ocupan solo una pequeña fracción del área de cada píxel y el resto de la película de silicio se graba para permitir que la luz pase fácilmente a través de ella.

El silicio policristalino se utiliza a veces en pantallas que requieren un mayor rendimiento de TFT. Los ejemplos incluyen pequeñas pantallas de alta resolución como las que se encuentran en los proyectores o visores. Los TFT basados ​​en silicio amorfo son, con mucho, los más comunes, debido a su menor costo de producción, mientras que los TFT de silicio policristalino son más costosos y mucho más difíciles de producir. [12]

Tipos

Nemático retorcido (TN)

Pantalla TN bajo un microscopio, con los transistores visibles en la parte inferior

La pantalla nemática retorcida es una de las tecnologías de pantalla LCD más antiguas y frecuentemente más baratas disponibles. Las pantallas TN se benefician de tiempos de respuesta de píxeles rápidos y menos manchas que otras tecnologías de pantalla LCD, pero adolecen de una reproducción del color deficiente y ángulos de visión limitados, especialmente en la dirección vertical. Los colores cambiarán, potencialmente hasta el punto de invertirse por completo, cuando se vean en un ángulo que no sea perpendicular a la pantalla. Los productos de consumo modernos y de alta gama han desarrollado métodos para superar las deficiencias de la tecnología, como las tecnologías RTC (Response Time Compensation / Overdrive).. Las pantallas TN modernas pueden verse significativamente mejor que las pantallas TN más antiguas de décadas antes, pero la TN en general tiene ángulos de visión inferiores y colores deficientes en comparación con otras tecnologías.

Paneles TN pueden representar colores utilizando sólo seis bits de por canal RGB, o 18 bits en total, y no son capaces de mostrar los tonos 16,7 millones de colores (24 bits de color verdadero ) que están disponibles utilizando color de 24 bits. En cambio, estos paneles muestran colores de 24 bits interpolados mediante un método de difuminado que combina píxeles adyacentes para simular el tono deseado. También pueden usar una forma de difuminado temporal llamado Frame Rate Control (FRC), que alterna entre diferentes tonos con cada nuevo cuadro para simular un tono intermedio. Estos paneles de 18 bits con difuminado a veces se anuncian con "16,2 millones de colores". Estos métodos de simulación de color son evidentes para muchas personas y muy molestos para algunos. [13]FRC tiende a ser más notable 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 la pantalla (a menudo denominada un porcentaje de la gama de colores NTSC 1953 ) también se deben a la tecnología de retroiluminación. No es raro que las pantallas antiguas oscilen entre el 10% y el 26% de la gama de colores NTSC, mientras que otros tipos de pantallas, que utilizan formulaciones de fósforo LED o CCFL más complicadas o retroiluminación LED RGB, pueden extenderse más allá del 100% de la gama de colores NTSC. , una diferencia bastante perceptible por el ojo humano.

La transmitancia de un píxel de un panel LCD normalmente no cambia linealmente con el voltaje aplicado, [14] 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 conmutación en el plano fue desarrollada por Hitachi Ltd. en 1996 para mejorar el ángulo de visión deficiente y la reproducción de color deficiente de los paneles TN en ese momento. [15] [16] Su nombre proviene de la principal diferencia con los paneles TN, que las moléculas de cristal se mueven paralelas al plano del panel en lugar de perpendiculares a él. Este cambio reduce la cantidad de dispersión de luz en la matriz, lo que le da a IPS sus característicos ángulos de visión amplios y una buena reproducción del color. [17]

Las iteraciones iniciales de la tecnología IPS se caracterizaron por un tiempo de respuesta lento y una relación de contraste baja, pero las revisiones posteriores han mejorado notablemente estas deficiencias. Debido a su amplio ángulo de visión y reproducción precisa del color (casi sin cambio de color fuera de ángulo), IPS se emplea ampliamente en monitores de alta gama dirigidos a artistas gráficos profesionales, aunque con la reciente caída de precio se ha visto en la corriente principal. mercado también. La tecnología IPS fue vendida a Panasonic por Hitachi.

Conmutación avanzada de campo de franjas (AFFS)

Esta es una tecnología LCD derivada del IPS de Boe-Hydis de Corea. Conocido como conmutación de campo de franjas (FFS) hasta 2003, [21] la conmutación de campo de franjas 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, que también mejora la reproducción de blanco / gris. AFFS es desarrollado por Hydis Technologies Co., Ltd, Corea (formalmente Hyundai Electronics, LCD Task Force). [22]

En 2004, Hydis Technologies Co., Ltd obtuvo la licencia de su patente AFFS para las pantallas Hitachi de Japón. Hitachi está utilizando AFFS para fabricar paneles de alta gama en su línea de productos. En 2006, Hydis también otorgó la licencia de su AFFS a Sanyo Epson Imaging Devices Corporation.

Hydis introdujo AFFS + que mejoró la legibilidad en exteriores en 2007. [ cita requerida ]

Alineación vertical multidominio (MVA)

Logró una respuesta de píxeles que fue rápida para su tiempo, amplios ángulos de visión y alto contraste a costa del brillo y la reproducción del color. [ cita requerida ] Los paneles MVA modernos pueden ofrecer amplios ángulos de visión (superados solo por la tecnología S-IPS), buena profundidad de negro, buena reproducción y profundidad de color y tiempos de respuesta rápidos debido al uso de tecnologías RTC ( Compensación de tiempo de respuesta ). [ cita requerida ] Cuando los paneles MVA se ven fuera de la perpendicular, los colores cambiarán, pero mucho menos que para los paneles TN. [ cita requerida ]

Hay 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 estampada (PVA)

Los paneles de PVA menos costosos a menudo usan difuminado 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. [ cita requerida ] S-PVA también eliminó en gran medida el brillo fuera de ángulo de los negros sólidos y redujo el cambio gamma fuera de ángulo. Algunos televisores LCD Sony BRAVIA de gama alta ofrecen compatibilidad con colores de 10 bits y xvYCC, por ejemplo, la serie Bravia X4500. S-PVA también ofrece tiempos de respuesta rápidos utilizando tecnologías RTC modernas. [ cita requerida ]

Supervista avanzada (ASV)

La supervista avanzada, también llamada alineación vertical simétrica axialmente, fue desarrollada por Sharp . [23] 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 continuamente, 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 de molinete continuo (CPA); el ángulo azimutal gira 360 grados continuamente, lo que da como resultado un excelente ángulo de visión. El modo ASV también se denomina modo CPA. [24]

Conmutación de línea plana (PLS)

Una tecnología desarrollada por Samsung es Super PLS, que tiene similitudes con los paneles IPS y promociona mejores ángulos de visión y calidad de imagen, mayor brillo y menores costos de producción. La tecnología PLS debutó en el mercado de pantallas de PC con el lanzamiento de los monitores Samsung S27A850 y S24A850 en septiembre de 2011. [25]

Píxel de doble transistor TFT (DTP) o tecnología celular

Patente de sistemas electrónicos de la tienda TFT

La tecnología de celda o píxel de doble transistor TFT es una tecnología de pantalla reflectante para su uso en aplicaciones de muy bajo consumo de energía, como etiquetas electrónicas para estantes (ESL), relojes digitales o medición. DTP implica agregar una puerta de transistor secundaria en la única celda TFT para mantener la visualización de un píxel durante un período de 1 s sin pérdida de imagen o sin degradar los transistores TFT con el tiempo. Al reducir la frecuencia de actualización de la frecuencia estándar de 60 Hz a 1 Hz, DTP afirma aumentar la eficiencia energética en varios órdenes de magnitud.

Industria de la exhibición

Debido al alto costo de construir fábricas de TFT, existen pocos proveedores importantes de paneles OEM para paneles de visualización grandes. Los proveedores de paneles de vidrio son los siguientes:

Interfaz eléctrica

Los dispositivos de visualización externos para el consumidor, como una pantalla LCD TFT, cuentan con una o más interfaces analógicas VGA , DVI , HDMI o DisplayPort , y muchas incluyen una selección de estas interfaces. Dentro de los dispositivos de visualización externos hay una placa controladora que convertirá la señal de video usando mapeo de color y escalado de imagen, generalmente empleando la transformada de coseno discreta (DCT) para convertir cualquier fuente de video como CVBS , VGA , DVI , HDMI , etc. en digital. RGBa la resolución nativa del panel de visualización. En una computadora portátil, el chip gráfico producirá directamente una señal adecuada para la conexión a la pantalla TFT incorporada. Por lo general, se incluye un mecanismo de control para la luz de fondo 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 un solo extremo para pantallas más antiguas o TTL 3,3 V para pantallas ligeramente más nuevas que transmite el reloj de píxeles, sincronización horizontal , sincronización vertical , rojo digital, verde digital, azul digital en paralelo. Algunos modelos (por ejemplo, el AT070TN92) también cuentan con entrada / visualización habilitada , dirección de escaneo horizontal y señales de dirección de escaneo vertical.

Las pantallas TFT nuevas y grandes (> 15 ") a menudo usan señalización LVDS que transmite el mismo contenido que la interfaz paralela (Hsync, Vsync, RGB) pero colocarán bits de control y RGB en varias líneas de transmisión en serie sincronizadas con un reloj cuya frecuencia es igual a la velocidad de píxeles. LVDS transmite siete bits por reloj por línea de datos, seis bits son datos y un bit se utiliza para señalar si los otros seis bits deben invertirse para mantener el equilibrio de CC. Pantallas TFT de bajo costo a menudo tienen tres líneas de datos y, por lo tanto, solo admiten directamente 18 bits por píxel . Las pantallas de lujo tienen cuatro o cinco líneas de datos para admitir 24 bits por píxel ( truecolor) o 30 bits por píxel respectivamente. Los fabricantes de paneles están reemplazando lentamente LVDS con DisplayPort interno y DisplayPort integrado, que permiten seis veces la reducción del número de pares diferenciales. [ cita requerida ]

La intensidad de la luz de fondo generalmente se controla variando unos pocos voltios CC, generando una señal PWM , ajustando un potenciómetro o simplemente fijando. Este, 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 es pulsarlos con PWM, que puede ser una fuente de parpadeo armónico. [ cita requerida ]

El panel de visualización desnudo solo aceptará una señal de video digital a la resolución determinada por la matriz de píxeles del panel diseñada en la fabricación. Algunos paneles de pantalla ignorarán los bits LSB de la información de color para presentar una interfaz coherente (8 bits -> 6 bits / color x3). [ cita requerida ]

Con señales analógicas como VGA, el controlador de pantalla también necesita realizar una conversión analógica a digital de alta velocidad . Con señales de entrada digital como DVI o HDMI, se necesita un simple reordenamiento de los bits antes de enviarlo al reescalador si la resolución de entrada no coincide con la resolución del panel de visualización.

La seguridad

Los cristales líquidos se someten constantemente a pruebas de toxicidad y ecotoxicidad para detectar cualquier peligro potencial. El resultado es que:

  • las aguas residuales de la fabricación son sumamente tóxicas para la vida acuática [28].
  • pero puede tener un efecto irritante, corrosivo o sensibilizante en casos raros. Cualquier efecto puede evitarse utilizando una concentración limitada en 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, [29]
  • son peligrosos para los organismos acuáticos (bacterias, algas, dafnias, peces), [28]
  • no poseen ningún potencial de bioacumulación significativo,
  • no son fácilmente biodegradables. [29]

Las declaraciones son aplicables a Merck KGaA, así como a sus competidores JNC Corporation (antes Chisso Corporation) y DIC (antes Dainippon Ink & Chemicals). Los tres fabricantes han acordado no introducir en el mercado cristales líquidos mutagénicos o extremadamente tóxicos. Cubren más del 90 por ciento del mercado mundial de cristal líquido. La cuota de mercado restante de cristales líquidos, producidos principalmente en China, consiste en sustancias más antiguas sin patente de los tres principales productores mundiales y ya han sido sometidas a pruebas de toxicidad por ellos. Como resultado, también pueden considerarse no tóxicos.

El informe completo está disponible en línea en Merck KGaA. [29]

Las luces de fondo CCFL que se utilizan en muchos monitores LCD contienen mercurio , que es tóxico.

Ver también

  • Atenuación de ráfaga
  • Monitor de computadora
  • Ejemplos de visualización
  • Pantalla LED
  • Cristal liquido
  • Televisión con pantalla de cristal líquido
  • Pantalla de cristal líquido transflectiva , para adaptarse a la luminosidad del entorno

Referencias

  1. ^ "Tecnología de pantalla TFT" . 2020. Archivado desde el original el 7 de octubre de 2020.
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enlaces externos

  • TFT Central : reseñas, noticias y artículos e incluye una base de datos de búsqueda de paneles
  • "Búsqueda de panel de monitor" . FlatpanelsHD.com . - Base de datos de búsqueda del panel del monitor LCD
  • Tutorial de LCD animado por 3M
  • Paneles LCD con compensación de tiempo de respuesta , laboratorios X-bit, 20 de diciembre de 2005
  • "Parámetros y características del monitor LCD contemporáneo" . Laboratorios X-bit . 26 de octubre de 2004. Archivado desde el original el 14 de enero de 2005.
  • Problemas de juegos con pantallas LCD TFT , silencio digital, 10 de agosto de 2004
  • Qué es TFT LCD , Plasma.com - descripción detallada de la tecnología dentro de un TFT LCD
  • Guía de compra de monitores - reseñas de CNET
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