Pantalla de cristal líquido

Cada píxel de un LCD típicamente consiste en una capa de moléculas alineadas entre dos electrodos transparentes, y dos filtros de polarización, los ejes de transmisión de cada uno que están (en la mayoría de los casos) perpendiculares entre sí. Sin cristal líquido entre el filtro polarizante, la luz que pasa por el primer filtro sería bloqueada por el segundo (cruzando) polarizador.

La superficie de los electrodos que están en contacto con los materiales de cristal líquido es tratada a fin de ajustar las moléculas de cristal líquido en una dirección en particular. Este tratamiento suele ser normalmente aplicable en una fina capa de polímero que es unidireccionalmente frotada utilizando, por ejemplo, un paño. La dirección de la alineación de cristal líquido se define por la dirección de frotación.

Antes de la aplicación de un campo eléctrico, la orientación de las moléculas de cristal líquido está determinada por la adaptación a las superficies. En un dispositivo twisted nematic, TN (uno de los dispositivos más comunes entre los de cristal líquido), las direcciones de alineación de la superficie de los dos electrodos son perpendiculares entre sí, y así se organizan las moléculas en una estructura helicoidal, o retorcida. Debido a que el material es de cristal líquido birrefringente, la luz que pasa a través de un filtro polarizante se gira por la hélice de cristal líquido que pasa a través de la capa de cristal líquido, lo que le permite pasar por el segundo filtro polarizado. La mitad de la luz incidente es absorbida por el primer filtro polarizante, pero por lo demás todo el montaje es transparente.

Cuando se aplica un voltaje a través de los electrodos, una fuerza de giro orienta las moléculas de cristal líquido paralelas al campo eléctrico, que distorsiona la estructura helicoidal (esto se puede resistir gracias a las fuerzas elásticas desde que las moléculas están limitadas a las superficies). Esto reduce la rotación de la polarización de la luz incidente, y el dispositivo aparece gris. Si la tensión aplicada es lo suficientemente grande, las moléculas de cristal líquido en el centro de la capa son casi completamente desenrolladas y la polarización de la luz incidente no es rotada ya que pasa a través de la capa de cristal líquido. Esta luz será principalmente polarizada perpendicular al segundo filtro, y por eso será bloqueada y el pixel aparecerá negro. Por el control de la tensión aplicada a través de la capa de cristal líquido en cada píxel, la luz se puede permitir pasar a través de distintas cantidades, constituyéndose los diferentes tonos de gris.

Pantalla LCD en un despertador.

El efecto óptico de un dispositivo twisted nematic (TN) en el estado del voltaje es mucho menos dependiente de las variaciones de espesor del dispositivo que en el estado del voltaje de compensación. Debido a esto, estos dispositivos suelen usarse entre polarizadores cruzados de tal manera que parecen brillantes sin tensión (el ojo es mucho más sensible a las variaciones en el estado oscuro que en el brillante). Estos dispositivos también pueden funcionar en paralelo entre polarizadores, en cuyo caso la luz y la oscuridad son estados invertidos. La tensión de compensación en el estado oscuro de esta configuración aparece enrojecida debido a las pequeñas variaciones de espesor en todo el dispositivo. Tanto el material del cristal líquido como el de la capa de alineación contienen compuestos iónicos. Si un campo eléctrico de una determinada polaridad se aplica durante un período prolongado, este material iónico es atraído hacia la superficie y se degrada el rendimiento del dispositivo. Esto se intenta evitar, ya sea mediante la aplicación de una corriente alterna o por inversión de la polaridad del campo eléctrico que está dirigida al dispositivo (la respuesta de la capa de cristal líquido es idéntica, independientemente de la polaridad de los campos aplicados).

Televisor con pantalla LCD.

Cuando un dispositivo requiere un gran número de píxeles, no es viable conducir cada dispositivo directamente, así cada píxel requiere un número de electrodos independiente. En cambio, la pantalla es multiplexada. En una pantalla multiplexada, los electrodos de la parte lateral de la pantalla se agrupan junto con los cables (normalmente en columnas), y cada grupo tiene su propia fuente de voltaje. Por otro lado, los electrodos también se agrupan (normalmente en filas), en donde cada grupo obtiene una tensión de sumidero. Los grupos se han diseñado de manera que cada píxel tiene una combinación única y dedicada de fuentes y sumideros. Los circuitos electrónicos o el software que los controla, activa los sumideros en secuencia y controla las fuentes de los píxeles de cada sumidero.

Importantes factores que se deben considerar al evaluar una pantalla de cristal líquido:

Logo de Wikipedia mostrado en un monitor cristal líquido.

En las pantallas LCD de color cada píxel individual se divide en tres células, o subpíxeles, de color rojo, verde y azul, respectivamente, por el aumento de los filtros (filtros de pigmento, filtros de tinte y filtros de óxido de metal). Cada subpíxel puede controlarse independientemente para producir miles o millones de posibles colores para cada píxel. Los monitores CRT usan la misma estructura de ‘subpíxeles' a través del uso de fósforo, aunque el haz de electrones analógicos empleados en CRTs no dan un número exacto de subpíxeles.

Los componentes de color pueden colocarse en varias formas geométricas de píxeles, en función del uso del monitor. Si el software sabe qué tipo de geometría se está usando en un LCD concreto, ésta puede usarse para aumentar la resolución del monitor a través de la presentación del subpíxel. Esta técnica es especialmente útil para texto anti-aliasing.

Las pantallas LCD con un pequeño número de sectores, tales como los que se utilizan en relojes digitales y calculadoras de bolsillo, tienen contactos eléctricos individuales para cada segmento. Un circuito externo dedicado suministra una carga eléctrica para el control de cada segmento. Esta estructura es difícil de visualizar para algunos dispositivos de visualización.

Las pequeñas pantallas monocromo como las que se encuentran en los organizadores personales, o viejas pantallas de ordenadores portátiles tienen una estructura de matriz pasiva donde emplean tecnologías como la super-twisted nematic (STN) o la de doble capa STN (DSTN), (DSTN corrige el problema del cambio de color de STN), y la STN de color (CSTN) (una tecnología donde el color se añade usando un filtro de color interno). Cada fila o columna de la pantalla tiene un solo circuito eléctrico. Los pixeles se dirigen a la vez por direcciones de fila y de columna. Este tipo de pantalla se denomina matriz pasiva–dirigida porque el píxel debe conservar su estado entre los períodos de refresco sin beneficiarse de una carga eléctrica constante. A medida que el número de píxeles (y, en consecuencia, columnas y filas) se incrementa, este tipo de pantalla se vuelve menos apropiada. Tiempos de respuesta muy lentos y un contraste bastante pobre son típicos en las matrices pasivas dirigidas a LCD.

En dispositivos de color de alta resolución como los modernos monitores LCD y televisores utilizan una estructura de matriz activa. Una matriz de thin-film transistors (TFT) se agrega a la polarización y a los filtros de color. Cada píxel tiene su propio transistor dedicado, que permitirá a cada línea de la columna acceder a un píxel. Cuando una línea de fila está activada, todas las líneas de la columna están conectadas a una fila de píxeles y una correcta tensión de alimentación es impulsada a todas las líneas de la columna. Cuando la línea de fila se desactiva, la siguiente línea de fila es activada. Todas las líneas de la fila se activan secuencialmente durante una operación de actualización. La matriz activa está dirigida a dispositivos con un mayor brillo y tamaño que a los que se dirige la matriz pasiva (dirigida a dispositivos de pequeño tamaño, y, en general, que tienen tiempos de respuesta más pequeños, produciendo imágenes mucho mejores).

Algunos paneles LCD contienen transistores defectuosos, provocando que los píxeles se enciendan o se apaguen permanentemente, lo que se denomina comúnmente píxeles atascados o píxeles muertos, respectivamente. A diferencia de los circuitos integrados, los paneles LCD con unos pocos píxeles defectuosos todavía suelen poder utilizarse. También es prohibitivo económicamente descartar un panel, con unos pocos píxeles defectuosos porque los paneles LCD son mucho más grandes que ICs. Los fabricantes tienen normas diferentes para determinar un número aceptable de píxeles defectuosos. El número máximo aceptable de píxeles defectuosos para LCD varía en gran medida. En un primer momento, Samsung tenía una política de tolerancia cero para los monitores LCD que se vendían en Corea. Actualmente sin embargo, Samsung se adhiere al estándar ISO 13406-2 que resulta menos restrictivo. En otras empresas se han llegado a tener políticas que toleraban hasta 11 pixeles muertos. Las políticas de píxeles muertos son un debate en el que se encuentran dos posiciones contrapuestas las de los fabricantes y los clientes. Para regular la aceptación de los defectuosos y para proteger al usuario final, la ISO publicó el estándar ISO 13406-2. Sin embargo no todos los fabricantes de LCD se ajustan a esta normativa y la norma ISO es a menudo interpretada de diferentes maneras.

Los paneles LCD tienen más probabilidades de tener defectos que la mayoría de ICs, debido a su mayor tamaño. La norma es mucho más seguida ahora debido a la feroz competencia entre los fabricantes y un mejor control de calidad. Un panel LCD SVGA con 4 píxeles defectuosos es generalmente considerado defectuoso y los clientes pueden solicitar un cambio por uno nuevo. Algunos fabricantes, en particular en Corea del Sur, donde se encuentran algunos de los mayores fabricantes de paneles LCD, como LG, ahora tienen "cero píxeles defectuosos de garantía" y se puede pedir que se sustituya el dispositivo por otro en caso de que un píxel sea defectuoso. Incluso donde esas garantías no existen, la ubicación de píxeles defectuosos es importante. Una pantalla con solamente unos pocos píxeles defectuosos puede ser inaceptable si los píxeles defectuosos están cerca unos de otros. Los fabricantes también pueden relajar sus criterios de sustitución de píxeles defectuosos cuando están en el centro del área de visualización.

Los paneles LCD también tienen defectos conocidos como mura, el cual tiene como una pequeña grieta que provoca pequeños cambios en la luminosidad o en el color.

El zenithal bistable device (ZBD), desarrollado por QinetiQ (anteriormente DERA), puede mantener una imagen sin corriente. Los cristales pueden existir en una de las dos orientaciones estables (negro y blanco) y la corriente únicamente es necesaria para cambiar la imagen. ZBD Displays es una empresa derivada de QinetiQ la cual fabrica dispositivos ZBD tanto en escala de grises como en color.

Una empresa francesa, Nemoptic, ha desarrollado otro papel potencia-cero, al igual que la tecnología LCD se ha producido en masa desde julio de 2003. Esta tecnología está destinada para su uso en aplicaciones tales como electronic shelf labels, libros electrónicos, documentos electrónicos, periódicos electrónicos, diccionarios electrónicos, sensores industriales, Ultra Mobile PC, etc. Las pantallas de cristal líquido de potencia cero son una categoría de papel electrónico.

Kent Displays también ha elaborado una pantalla de "no corriente" que se utiliza en los Polymer Stabilized Cholesteric Liquid Cristales o Polímero Estabilizado de Cristales Líquidos Colestéricos (ChLCD). El principal inconveniente a la ChLCD es su lenta tasa de refresco, especialmente con bajas temperaturas.

En 2004 los investigadores de la Universidad de Oxford demostraron también dos nuevos tipos de LCD de potencia cero biestable basados en las técnicas biestables de Zenithal.

Varias tecnologías biestables, como el 360 ° BTN y el biestable colestérico, dependen principalmente de la mayor parte de las propiedades del cristal líquido y el uso del estándar de anclaje fuerte, con la alineación de películas y cristal líquido mezclan de manera similar los materiales tradicionales monoestables. Otras tecnologías biestables (por ejemplo, Binem Technology) se basan principalmente en las propiedades de la superficie y necesitan medidas específicas de la debilidad de los materiales de anclaje.

La tecnología LCD todavía tiene algunos inconvenientes en comparación con otras tecnologías de visualización:

• Twisted nematic
• Comparativa de tecnologías de visualización
• LCD de matriz pasiva
• LCD de matriz activa (TFT)
• Pantalla de píxeles telescópicos
• Diodo orgánico de emisión de luz
• Benzoato de colesteril
• TFT

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