Módulos de pantalla LCD TFT: teoría de las pantallas TN TFT, características especiales de las pantallas IPS TFT, comparación de pantallas TFT
Bienvenido a la Universidad Riverdi. En este artículo hablaremos de las pantallas más importantes: las pantallas LCD a todo color TFT (Thin Film Transistor).
Empecemos por lo básico; refresquemos los conocimientos sobre las pantallas TN y LCD en general, más adelante hablaremos de los TFT (transistores de película fina), en qué se diferencian de las pantallas LCD monocromas normales. A continuación pasaremos al efecto fantasma, por lo que no sólo hablaremos de la tecnología que hay detrás de la construcción del TFT, sino también de algunos fenómenos, como el efecto fantasma, o la inversión de la escala de grises, que es importante comprender cuando se utiliza una pantalla LCD TFT.
A continuación, examinaremos las diferentes tecnologías de las pantallas LCD TFT, como TN, IPS, VA y, por supuesto, las pantallas LCD transmisivas y transflectivas, ya que las pantallas TFT también pueden ser transmisivas y transflectivas. En la última parte hablaremos de la retroiluminación.
¿Qué es la tecnología de pantalla TN TFT?
Empecemos con un breve repaso de la célula de cristal líquido más básica, que es la pantalla TN (nemática trenzada). En la imagen superior, podemos ver que la luz puede transmitirse a través de la célula o bloquearse mediante tensión. Si desea obtener más información sobre las pantallas LCD monocromas y los fundamentos de la tecnología de pantallas LCD, siga este enlace.
¿Qué es una pantalla LCD TFT y en qué se diferencia de una pantalla LCD monocroma? El TFT se denomina pantalla activa. Activo, significa que tenemos uno o más transistores en cada celda, en cada píxel y en cada subpíxel. TFT son las siglas en inglés de Thin Film Transistor (transistor de película fina), unos transistores muy pequeños y finos que están integrados en el píxel, es decir, que no están en el exterior, en un controlador, sino en el propio píxel. Por ejemplo, en un televisor de 55 pulgadas, la pantalla TFT contiene millones de transistores en los píxeles. No los vemos, porque son muy pequeños y están ocultos, si hacemos zoom, sin embargo, podemos verlos en cada esquina de cada píxel, como en la imagen de abajo.
En la imagen de arriba podemos ver subpíxeles, que son colores básicos RGB (Rojo, Verde, Azul) y una parte negra, con los transistores y circuitos electrónicos. Sólo necesitamos saber que tenemos píxeles, y subpíxeles, y que cada subpíxel tiene transistores. Esto hace que la pantalla sea activa, por lo que se denomina pantalla TFT. Las pantallas TFT suelen ser en color, pero también las hay monocromas, activas y con transistores, pero sin colores. Los colores de la pantalla LCD TFT suelen añadirse mediante filtros de color en cada subpíxel. Normalmente los filtros son RGB, pero también tenemos pantallas LCD RGBW (Rojo, Verde, Azul, Blanco) con subpíxeles añadidos sin el filtro (Blanco) para que la pantalla sea más brillante.
Lo interesante es que la parte blanca de la pantalla RGB y RGBW se verá exactamente igual desde lejos, porque las luces se mezclan y generan luz blanca, pero cuando nos acerquemos a la pantalla, no veremos luz blanca en absoluto.
Profundizando un poco más, en la célula TFT, hay una parte en el interior bien conocida por nosotros de la pantalla LCD monocroma Riverdi University lecture. Tenemos una célula, cristal líquido, polarizadores, una capa de ITO (óxido de indio y estaño) para los electrodos y, además, un circuito electrónico. Normalmente, el circuito electrónico consta de un transistor y algunos condensadores para mantener el estado del píxel cuando lo apagamos y lo encendemos. En los módulos TFT, los píxeles son mucho más complicados porque, además de construir la parte de cristal, también hay que construir una parte electrónica.
Por eso, la tecnología de producción de LCD TFT es muy cara de fabricar. Si estás familiarizado con la electrónica, sabrás que el transistor es una especie de interruptor, y nos permite encender y apagar el píxel. Como está integrado en el propio píxel, puede hacerse muy rápidamente y controlarse muy bien. Podemos controlar el estado exacto de cada píxel, no sólo los estados ON y OFF, sino también todos los estados intermedios. Podemos encender y apagar la luz de las células en varios pasos. Por lo general, para las pantallas LCD TFT serán pasos de 8 bits por color, por lo que tenemos 256 pasos de brillo para cada color, y cada subpíxel. Como tenemos tres subpíxeles, disponemos de una gama cromática de 24 bits, lo que significa más de 16 millones de combinaciones, podemos, al menos teóricamente, mostrar en nuestro panel LCD TFT más de 16 millones de colores distintos utilizando píxeles RGB.
Ahora que ya sabemos cómo funciona la pantalla de cristal líquido con transistor de película fina, podemos aprender algunas cosas prácticas, una de las cuales es el efecto fantasma de la pantalla LCD TFT. Sabemos cómo se crea la imagen, pero qué ocurre cuando tenemos la imagen en la pantalla durante un tiempo prolongado, y cómo evitarlo. En las pantallas LCD existe lo que se denomina «efecto fantasma». No lo vemos muy a menudo, pero en algunas exposiciones este fenómeno sigue existiendo.
Si algunos elementos de la imagen, por ejemplo, el logotipo de su empresa, están en el mismo lugar de la pantalla durante un largo periodo de tiempo, durante un par de semanas, meses o un año, los cristales memorizarán el estado y más tarde, cuando cambiemos la imagen, es posible que veamos cierto efecto fantasma de esos elementos. Realmente depende de muchas condiciones como la temperatura e incluso la imagen que mostramos en la pantalla durante largos periodos de tiempo. Cuando construyas tu aplicación, puedes utilizar algunas técnicas para evitarlo, como el cambio de contraste muy rápido y, por supuesto, evitar el posicionamiento de la misma imagen en la misma posición durante más tiempo.
Es posible que ya haya visto este fenómeno, ya que es común en todas las tecnologías de visualización, e incluso empresas como Apple ponen información en sus sitios web, que los usuarios pueden encontrar este fenómeno y cómo solucionarlo. Se llama imagen fantasma o persistencia de la imagen, e incluso las pantallas Retina no están libres de ella.
Qué es la inversión de la escala de grises en la tecnología LCD TFT
Otro problema presente en las pantallas TFT, especialmente en las pantallas LCD TN, es la inversión de la escala de grises. Se trata de un fenómeno que cambia los colores de la pantalla en función del ángulo de visión, y sólo es unilateral. A la hora de comprar una pantalla TFT en color, primero hay que comprobar de qué tipo de tecnología se trata. Si se trata de una pantalla IPS, como la línea de pantallas IPS de Riverdi, entonces no tenemos que preocuparnos por la inversión de la escala de grises porque todos los ángulos de visión serán iguales y todos ellos serán muy altos, como 80, 85 u 89 grados. Pero si compras un tipo de tecnología de pantalla más común o más antigua, como la pantalla TN (nemática trenzada), tienes que pensar dónde se va a utilizar, porque un ángulo de visión quedará fuera. A veces puede resultar confuso y hay que tener cuidado, ya que la mayoría de las fábricas definen la dirección de visión de la pantalla y la confunden con el lado de inversión de la escala de grises.
En la imagen superior, puedes ver una explicación más detallada de la inversión de la escala de grises extraída de Wikipedia. Dice que algunos de los primeros paneles y también hoy en día las pantallas TN, tienen inversión de escala de grises no necesariamente arriba-abajo, pero puede ser cualquier ángulo, es necesario comprobar en la hoja de datos. La razón por la que se desarrollaron tecnologías como IPS (In-Plane Switching), utilizada en las últimas pantallas Riverdi, o VA, fue evitar este fenómeno. Además, no queremos presumir, pero la definición de Wikipedia hace referencia a nuestro sitio web.
Ya sabemos que las pantallas TN (nemáticas retorcidas) sufren de inversión de la escala de grises, lo que significa que la pantalla tiene un lado de visión en el que el color de la imagen cambia repentinamente. Es complicado y hay que tener cuidado. En la imagen de arriba hay una parte de la especificación LCD TFT de una pantalla TN (twisted nematic), que tiene inversión de escala de grises, y si vamos a esta tabla, podemos ver los ángulos de visión. Se definen en 70, 70, 60 y 70 grados, es decir, el ángulo de visión máximo con el que el usuario puede ver la imagen. Normalmente podemos pensar que 70 grados es mejor, así que elegiremos el lado izquierdo y derecho para que sean 70 grados, y luego arriba y abajo, y si no conocemos el fenómeno de inversión de la escala de grises, podemos poner a nuestro usuario en el lado inferior que también es de 70 grados. La dirección de visión será entonces como la de las 6 en punto, por eso la llamamos pantalla de las 6 en punto. Pero hay que tener cuidado. Si nos fijamos en la especificación, podemos ver que esta pantalla se definió como una pantalla de 12 en punto, por lo que lo mejor es que se vea desde la dirección de las 12 en punto. Pero podemos encontrar que el de las 12 tiene un ángulo de visión inferior: 60 grados. ¿Qué significa? Significa que en este lado no habrá inversión de escala de grises. Si vamos a 40, 50, 60 grados e incluso un poco más, probablemente seguiremos viendo la imagen correctamente. Quizá con menor contraste, pero los colores no cambiarán. Si vamos desde abajo, desde una dirección de las 6 en punto donde tenemos la inversión de escala de grises, después de 70 grados o menos veremos un cambio de color repentino, y por supuesto esto es algo que queremos evitar.
En resumen, cuando se compra tecnología antigua como TN y pantallas, que siguen siendo muy populares, y Riverdi también las vende, hay que tener cuidado con el lugar donde se coloca la pantalla. Si se trata de un dispositivo portátil, la pantalla se verá desde abajo, pero si se coloca en una pared, se verá desde arriba, así que hay que definirlo durante la fase de diseño, porque después suele ser imposible o caro cambiar la dirección.
VA, pantalla TFT a todo color y tecnologías de pantalla TFT IPS
Hablaremos ahora de las otras tecnologías TFT, que nos permiten tener ángulos de visión más amplios y colores más vivos. La tecnología más básica para las pantallas monocromas y TFT es la nemática trenzada (TN). Como ya sabemos, este tipo de pantallas tienen un problema con la inversión de la escala de grises. Por un lado tenemos un mayor retardo y no obtendremos una imagen clara. Por eso tenemos otras tecnologías como VA (Vertical Alignment), en la que el cristal líquido se organiza de forma diferente, y otra variación de la tecnología TFT: IPS, que es In-Plane Switching. Las pantallas LCD TFT VA e IPS no tienen problemas con los ángulos de visión, se puede ver una imagen nítida desde todos los lados.
Hoy en día todos los televisores, tabletas y, por supuesto, teléfonos móviles son IPS o VA. Puedes darles la vuelta y ver la imagen nítida desde todos los lados. Pero, para aplicaciones de monitor, la tecnología TN sigue siendo muy utilizada, porque el monitor suele estar delante de uno y la mayoría de las veces se mira directamente, desde arriba, a la izquierda o a la derecha, pero muy raramente desde abajo, por lo que el ángulo de visión de inversión de la escala de grises puede situarse ahí. Esta tecnología sigue siendo muy práctica porque es asequible y tiene algunas ventajas para los jugadores porque es muy rápida.
Aparte de la diferente organización de los cristales líquidos, también organizamos los subpíxeles de forma un poco diferente en los monitores de ordenador VA e IPS. Si observamos más de cerca la pantalla TN, sólo veremos los subpíxeles con filtros de color. Si nos fijamos en la pantalla VA o IPS tendrán subpíxeles de subpíxeles. Los subpíxeles se dividen en partes más pequeñas. De esta forma podemos conseguir ángulos de visión aún más amplios y mejores colores para el usuario, pero claro, es más complicado y más caro de hacer.
Breve resumen de las tecnologías de pantalla LCD IPS, VA y TN
La imagen anterior presenta la pantalla TFT de tipo TN y la inversión de la escala de grises. Para la tecnología IPS o VA no existe tal efecto. La imagen será la misma desde todos los lados a los que miremos, por lo que estas tecnologías son populares donde necesitamos ángulos de visión amplios, y TN es popular donde no necesitamos eso, como en los monitores. Otras ventajas de la tecnología de pantalla IPS son la precisión de los colores y los amplios ángulos de visión. Lo que también es importante en la práctica, en nuestros proyectos, es que los monitores de ordenador IPS son menos susceptibles a la fuerza mecánica. Cuando aplicamos fuerza mecánica a la pantalla, y tenemos una pantalla táctil unida ópticamente, empujamos la pantalla a la vez que apretamos las celdas. Cuando tenemos una pantalla TN, cada pulsación sobre la célula cambia la imagen de repente, con la línea IPS de TFT con conmutación en el plano, diferente organización de los cristales, este efecto es menor. No ha desaparecido por completo, pero se distingue mucho menos. Esa es otra razón por la que las pantallas IPS son muy populares para los teléfonos inteligentes, tabletas, cuando tenemos las pantallas táctiles por lo general unidos ópticamente.
Si quisiéramos hablar de desventajas, hay un signo de interrogación sobre ella, ya que algunas de ellas pueden ser ciertas, algunas de ellas no se basan en casos reales, qué tipo de pantalla, qué tipo de tecnología es. A veces la pantalla IPS TFT puede tener un consumo de energía más alto que otras, en muchos casos, sin embargo, no. Pueden ser más caros, pero no necesariamente. Los nuevos paneles IPS pueden costar lo mismo que los módulos TN, pero la tecnología IPS tiene sin duda un tiempo de respuesta más largo. De nuevo, no es una regla, se pueden hacer paneles IPS que son muy rápidos, más rápidos que los paneles TN, pero si quieres la pantalla más rápida posible, probablemente la pantalla TN TFT será la más rápida. Por eso la tecnología TN sigue siendo popular en el mercado de los juegos. Por supuesto, puedes encontrar muchas discusiones en Internet sobre qué tecnología es mejor, pero realmente depende de lo que quieras conseguir.
Tipos de retroiluminación de las pantallas LCD TFT
Veamos ahora los tipos de retroiluminación LED. Como vemos aquí, en la imagen superior, tenemos cuatro tipos distintos. Los más comunes, el 95 o 99% de los paneles TFT del mercado, son del tipo de pantalla LCD transmisiva, en la que necesitamos la luz de la parte posterior. Si recuerdas nuestra clase sobre pantallas LCD monocromas, para las pantallas LCD transmisivas es necesario que los LED estén siempre encendidos. Si los apagas, no verás nada. Al igual que para las pantallas LCD monocromas, pero menos popular para las pantallas TFT, tenemos el tipo de pantalla LCD transflectiva. No son populares porque, por lo general, en las pantallas TFT transflectivas, los colores carecen de brillo, y las pantallas no son muy prácticas de usar. Puedes ver la pantalla, pero la aplicación es limitada. Algunas pantallas de cristal líquido transflectivo son utilizadas por militares, en aplicaciones donde el consumo de energía es primordial; donde se puede apagar la retroiluminación y se acepta tener menor calidad de imagen pero seguir viéndola.
El consumo energético y el ahorro de energía son muy importantes en algunas aplicaciones, en las que se pueden utilizar dispositivos de visualización transflectiva. La tecnología LCD de tipo reflectante casi nunca se utiliza en los TFT. Hay una tecnología llamada Low Power Reflective Displays (LPRD) que se utiliza en TFT pero no es popular. Por último, tenemos una variante de las pantallas reflectantes con luz frontal, en la que añadimos luz frontal a la pantalla reflectante y tenemos la imagen incluso sin luz externa.
Unas palabras sobre las pantallas reflectantes de bajo consumo (LPRD). Este tipo de pantalla utiliza la luz ambiental, la luz ambiente para reflejar y producir algunos colores. Los colores no son perfectos, ni perfectamente nítidos, pero esta tecnología es cada vez más popular porque permite tener pantallas en color en aplicaciones alimentadas por pilas. Por ejemplo, un smartwatch sería un caso para esa tecnología, o una bicicleta o scooter eléctricos, en los que no sólo podemos tener una pantalla LCD monocroma estándar, sino también una pantalla LCD TFT en color sin retroiluminación; podemos ver la imagen incluso en
Tienes app. Queda un 15% del artículo. Ese contenido es exclusivo para nuestros miembros de la Universidad Riverdi. Rellene el siguiente formulario de afiliación a la Universidad Riverdi y únase a nuestra comunidad.
[optinlocker]
luz solar intensa y no necesitar luz de fondo en absoluto. Así pues, este tipo de tecnología LCD de matriz activa es cada vez más popular cuando tenemos pantallas LCD para exteriores y necesitamos un bajo consumo de energía.
En la imagen superior, tenemos algunos ejemplos de cómo funcionan las pantallas LCD transmisivas y reflectantes a la luz del sol. Si tenemos una imagen simple, como un patrón en blanco y negro, en una pantalla LCD transmisiva, incluso con un brillo de 1000 candelas, la imagen probablemente será de menor calidad que en una pantalla LCD reflectante; si tenemos luz solar, tenemos reflejos de luz muy fuertes en la superficie de la pantalla. Hemos hablado del contraste con más detalle en la conferencia sobre pantallas legibles a la luz del sol. Por lo tanto, las pantallas LCD reflectantes son una mejor solución para aplicaciones en exteriores que las pantallas LCD transmisivas, en las que se necesita una retroiluminación muy potente, de 1000 candelas o más, para que se vean bien en exteriores.
Para mostrarte cómo se construye la retroiluminación de las pantallas LCD, hemos tomado la foto de arriba. Puedes ver la retroiluminación en el borde, donde tenemos LEDs aquí en el pequeño PCB en el borde, y tenemos un difusor que distribuye la luz a toda la superficie de la pantalla LCD.
Además de la luz de fondo, tenemos algo que se llama luz frontal. Es similar a la retroiluminación, también utiliza los LED para poner la luz en ella, pero la luz frontal tiene que ser transparente ya que tenemos la pantalla detrás. En el ejemplo de la imagen superior podemos ver una pantalla de papel electrónico. La pantalla e-paper también es una variación de la pantalla TFT, pero no es LCD (basada en cristal), es una tecnología diferente, pero la parte trasera de la pantalla es la misma y es reflectante. El ejemplo que ves es el lector de libros electrónicos Kindle 4. Utiliza una pantalla de papel electrónico y también una luz frontal, para que puedas leer libros electrónicos incluso durante la noche.
Recuerde SUSCRIBIRSE a nuestro canal de YouTube y rellenar el
FORMULARIO DE SUSCRIPCIÓN
para recibir información sobre nuestros materiales de la Universidad Riverdi y eventos en directo.
[/optinlocker]
