Qué es una pantalla LCD : Construcción y su funcionamiento

En la actualidad, vemos pantallas de cristal líquido (LCD) en todas partes; sin embargo, no se desarrollaron inmediatamente. Desde el desarrollo del cristal líquido hasta un gran número de aplicaciones de las pantallas LCD ha pasado mucho tiempo. En el año 1888, Friedrich Reinitzer (botánico austriaco) inventó los primeros cristales líquidos. Cuando disolvió un material como el benzoato de colesterol, observó que inicialmente se convertía en un fluido turbio y se aclaraba al aumentar la temperatura. Una vez enfriado, el fluido se volvía azul antes de cristalizar. Así, la primera pantalla experimental de cristal líquido fue desarrollada por la Corporación RCA en el año 1968. Después de eso, los fabricantes de LCD han diseñado gradualmente ingeniosas diferencias y desarrollos en la tecnología llevando este dispositivo de visualización a una gama increíble. Así que, finalmente, los desarrollos del LCD han aumentado.


¿Qué es un LCD (pantalla de cristal líquido)?

Una pantalla de cristal líquido o LCD se define por su propio nombre. Es una combinación de dos estados de la materia, el sólido y el líquido. El LCD utiliza un cristal líquido para producir una imagen visible. Las pantallas de cristal líquido son pantallas de tecnología superfina que se utilizan generalmente en las pantallas de ordenadores portátiles, televisores, teléfonos móviles y videojuegos portátiles. Las tecnologías de LCD permiten que las pantallas sean mucho más delgadas en comparación con la tecnología de tubo de rayos catódicos (CRT).

La pantalla de cristal líquido está compuesta por varias capas que incluyen dos filtros de panel polarizados y electrodos. La tecnología LCD se utiliza para mostrar la imagen en un ordenador portátil o en otros dispositivos electrónicos como los miniordenadores. La luz se proyecta desde una lente sobre una capa de cristal líquido. Esta combinación de luz coloreada con la imagen en escala de grises del cristal (que se forma cuando la corriente eléctrica fluye a través del cristal) forma la imagen coloreada. Esta imagen se muestra entonces en la pantalla.

Una pantalla LCD

Una pantalla LCD está formada por una rejilla de visualización de matriz activa o por una rejilla de visualización pasiva. La mayoría de los teléfonos inteligentes con tecnología LCD utilizan una pantalla de matriz activa, pero algunas de las pantallas más antiguas siguen utilizando los diseños de rejilla de pantalla pasiva. La mayoría de los dispositivos electrónicos dependen principalmente de la tecnología de pantalla de cristal líquido para su visualización. El líquido tiene la ventaja única de que consume menos energía que el LED o el tubo de rayos catódicos.

La pantalla de cristal líquido funciona según el principio de bloquear la luz en lugar de emitirla. Las pantallas de cristal líquido requieren una retroiluminación, ya que no emiten luz. Siempre utilizamos dispositivos formados por pantallas LCD que están sustituyendo el uso del tubo de rayos catódicos. Los tubos de rayos catódicos consumen más energía que las pantallas LCD y también son más pesados y grandes.

¿Cómo se construyen las pantallas LCD?

Datos sencillos que deben tenerse en cuenta al fabricar un LCD:

  1. La estructura básica del LCD debe controlarse cambiando la corriente aplicada.
  2. Debemos utilizar luz polarizada.
  3. El cristal líquido debe ser capaz de controlar las dos operaciones de transmisión o también puede ser capaz de cambiar la luz polarizada.
Construcción de la pantalla LCD
Construcción de la pantalla LCD

Como se ha mencionado anteriormente, en la fabricación del cristal líquido es necesario tomar dos trozos de vidrio polarizado como filtro. El cristal que no tiene una película polarizada en su superficie debe frotarse con un polímero especial que creará ranuras microscópicas en la superficie del filtro de cristal polarizado. Los surcos deben estar en la misma dirección que la película polarizada.

Ahora tenemos que añadir una capa de cristal de fase líquida neumática sobre uno de los filtros polarizadores del cristal polarizado. El canal microscópico hace que la molécula de la primera capa se alinee con la orientación del filtro. Cuando aparezca el ángulo correcto en la pieza de la primera capa, debemos añadir una segunda pieza de cristal con la película polarizada. El primer filtro se polarizará de forma natural cuando la luz incida sobre él en la fase inicial.

Así, la luz viaja a través de cada capa y es guiada a la siguiente con la ayuda de una molécula. La molécula tiende a cambiar el plano de vibración de la luz para adaptarse a su ángulo. Cuando la luz llega al extremo más alejado de la sustancia de cristal líquido, vibra con el mismo ángulo con el que vibra la última capa de la molécula. La luz sólo puede entrar en el dispositivo si la segunda capa del cristal polarizado coincide con la capa final de la molécula.

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¿Cómo funcionan los LCD?

El principio en el que se basan los LCD es que cuando se aplica una corriente eléctrica a la molécula de cristal líquido, ésta tiende a desenroscarse. Esto hace que el ángulo de la luz que atraviesa la molécula del cristal polarizado y también provoca un cambio en el ángulo del filtro polarizador superior. Como resultado, se permite que un poco de luz atraviese el cristal polarizado a través de una zona concreta del LCD.

Así, esa zona concreta se oscurecerá en comparación con otras. El LCD funciona según el principio de bloqueo de la luz. Al construir los LCD, se dispone un espejo reflejado en la parte posterior. Un plano de electrodos de óxido de indio-estaño se mantiene en la parte superior y un cristal polarizado con una película polarizadora se añade también en la parte inferior del dispositivo. Toda la región del LCD debe estar rodeada por un electrodo común y por encima de él debe estar la materia de cristal líquido.

A continuación viene la segunda pieza de cristal con un electrodo en forma de rectángulo en la parte inferior y, en la parte superior, otra película polarizadora. Hay que tener en cuenta que ambas piezas se mantienen en ángulo recto. Cuando no haya corriente, la luz que pase por la parte delantera del LCD se reflejará en el espejo y rebotará. Como el electrodo está conectado a una batería, la corriente de ésta hará que los cristales líquidos entre el electrodo de plano común y el electrodo con forma de rectángulo se desenrollen. De este modo, se bloquea el paso de la luz. Esa zona rectangular concreta aparece en blanco.

¿Cómo utiliza el LCD los cristales líquidos y la luz polarizada?

Un monitor de TV LCD utiliza el concepto de gafas de sol para hacer funcionar sus píxeles de color. En la cara de la pantalla LCD, hay una enorme luz brillante que brilla en dirección al observador. En la parte frontal de la pantalla, incluye los millones de píxeles, donde cada píxel puede estar formado por regiones más pequeñas conocidas como subpíxeles. Estos están coloreados con diferentes colores como el verde, el azul y el rojo. Cada píxel de la pantalla incluye un filtro de cristal polarizador en la parte trasera y la parte delantera incluye a 90 grados, por lo que el píxel se ve oscuro normalmente.

Entre los dos filtros hay un pequeño cristal líquido nemático retorcido que se controla electrónicamente. Una vez que se desactiva, hace que la luz pase a 90 grados, dejando que la luz pase a través de los dos filtros polarizadores para que el píxel parezca brillante. Una vez que se activa, no gira la luz porque se bloquea a través del polarizador y el píxel parece oscuro. Cada píxel puede ser controlado a través de un transistor independiente, encendiéndose y apagándose varias veces cada segundo.

¿Cómo elegir una pantalla LCD?

Por lo general, todos los consumidores no tienen mucha información sobre los diferentes tipos de LCD disponibles en el mercado. Por eso, antes de elegir un LCD, recopilan todos los datos como las características, el precio, la empresa, la calidad, las especificaciones, el servicio, las opiniones de los clientes, etc. La verdad es que los promotores tienden a beneficiarse de la verdad de que la mayoría de los clientes realizan una investigación extremadamente mínima antes de comprar cualquier producto.

En una pantalla LCD, el desenfoque por movimiento puede ser un efecto de lo que tarda una imagen en cambiar y mostrarse en la pantalla. Sin embargo, ambos incidentes cambian mucho entre un panel LCD individual a pesar de la tecnología primaria del LCD. La selección de una pantalla LCD basada en la tecnología subyacente debe referirse más a la diferencia de precio frente a la de preferencia, a los ángulos de visión y a la reproducción del color que al desenfoque estimado o a otras cualidades de juego. La mayor frecuencia de refresco, así como el tiempo de respuesta, deben estar previstos en cualquier especificación del panel. Otra tecnología de juego, como la estroboscópica, encenderá y apagará la luz de fondo rápidamente para disminuir la resolución.

Diferentes tipos de LCD

A continuación se exponen los diferentes tipos de pantallas LCD.

Pantalla nemática trenzada

La producción de pantallas LCD TN (Twisted Nematic) se realiza con mayor frecuencia y se utilizan diferentes tipos de pantallas en todas las industrias. Estas pantallas son las más utilizadas por los jugadores, ya que son baratas y tienen un tiempo de respuesta rápido en comparación con otras pantallas. La principal desventaja de estas pantallas es que tienen una baja calidad, así como relaciones de contraste parciales, ángulos de visión y reproducción del color. Sin embargo, estos dispositivos son suficientes para las operaciones diarias.

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Estas pantallas permiten tiempos de respuesta rápidos, así como tasas de refresco rápidas. Por tanto, son las únicas pantallas para juegos que están disponibles con 240 hercios (Hz). Estas pantallas tienen un contraste y un color pobres debido a que el dispositivo de giro no es preciso.

Pantalla de conmutación en el plano

Las pantallas IPS están consideradas como las mejores pantallas LCD porque proporcionan una buena calidad de imagen, mayores ángulos de visión, una precisión y una diferencia de colores vibrantes. Estas pantallas las utilizan sobre todo los diseñadores gráficos y en algunas otras aplicaciones, los LCD necesitan los máximos estándares potenciales para la reproducción de la imagen y el color.

Panel de alineación vertical

Los paneles de alineación vertical (VA) caen en cualquier lugar del centro entre la tecnología de paneles Twisted Nematic y de conmutación en el plano. Estos paneles tienen los mejores ángulos de visión, así como una reproducción del color con características de mayor calidad en comparación con las pantallas de tipo TN. Estos paneles tienen un tiempo de respuesta bajo. Sin embargo, son mucho más razonables y adecuados para el uso diario.

La estructura de este panel genera negros más profundos, así como mejores colores en comparación con la pantalla nemática retorcida. Y varias alineaciones de cristales pueden permitir mejores ángulos de visión en comparación con las pantallas de tipo TN. Estas pantallas tienen una contrapartida, ya que son caras en comparación con otras pantallas. Y también tienen tiempos de respuesta lentos y bajas frecuencias de refresco.

Conmutación avanzada de campos de flecos (AFFS)

Las pantallas LCD AFFS ofrecen el mejor rendimiento y una amplia gama de reproducción del color en comparación con las pantallas IPS. Las aplicaciones del AFFS son muy avanzadas porque pueden reducir la distorsión del color sin comprometer el amplio ángulo de visión. Normalmente, esta pantalla se utiliza en entornos muy avanzados y profesionales, como en las cabinas de los aviones viables.

Pantallas de matriz pasiva y activa

Las pantallas LCD de tipo matriz pasiva funcionan con una rejilla simple para poder suministrar carga a un píxel específico de la pantalla LCD. La rejilla puede diseñarse con un proceso silencioso y comienza a través de dos sustratos que se conocen como capas de vidrio. Una de las capas de vidrio da columnas, mientras que la otra da filas que se diseñan utilizando un material conductor transparente como el óxido de indio y estaño.

En esta pantalla, las filas o columnas están vinculadas a circuitos integrados para controlar cuándo se transmite la carga en la dirección de una fila o columna determinada. El material del cristal líquido se coloca entre las dos capas de vidrio, y en la cara externa del sustrato se puede añadir una película polarizadora. El CI transmite una carga por la columna exacta de un sustrato y la tierra puede conectarse a la fila exacta del otro para que se active un píxel.

El sistema de matriz pasiva tiene grandes inconvenientes, en particular el tiempo de respuesta es lento y el control de la tensión es impreciso. El tiempo de respuesta de la pantalla se refiere principalmente a la capacidad de la pantalla para refrescar la imagen mostrada. En este tipo de pantalla, la forma más sencilla de comprobar la lentitud del tiempo de respuesta es desplazar rápidamente el puntero del ratón de una cara de la pantalla a la otra.

Las pantallas LCD de tipo matriz activa dependen principalmente de los TFT (transistores de película fina). Estos transistores son pequeños transistores de conmutación y condensadores que se colocan dentro de una matriz sobre un sustrato de vidrio. Cuando se activa la fila adecuada, se puede transmitir una carga por la columna exacta, de modo que se pueda dirigir a un píxel específico, porque todas las filas adicionales con las que se cruza la columna están desconectadas, simplemente el condensador situado junto al píxel designado recibe una carga.

El condensador mantiene la alimentación hasta el siguiente ciclo de refresco, y si manejamos con precaución la suma de voltaje que se da a un cristal, entonces podemos desenroscarlo simplemente para permitir que pase algo de luz. En la actualidad, la mayoría de los paneles ofrecen una luminosidad de 256 niveles para cada píxel.

¿Cómo funcionan los píxeles de color en las pantallas LCD?

En la parte trasera del televisor se conecta una luz brillante, mientras que en la parte delantera hay muchos cuadros de color que se encienden/apagan. Aquí vamos a hablar de cómo se enciende/apaga cada píxel de color:

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Cómo se apagan los píxeles de la pantalla LCD

  • En el LCD, la luz viaja de la parte trasera a la delantera
  • Un filtro polarizador horizontal delante de la luz bloqueará todas las señales luminosas, excepto las que vibran horizontalmente. El píxel de la pantalla se puede apagar mediante un transistor, permitiendo el flujo de corriente a través de sus cristales líquidos, lo que hace que los cristales se ordenen y los suministros de luz a través de ellos no cambien.
  • Las señales luminosas salen de los cristales líquidos para vibrar horizontalmente.
  • Un filtro polarizador de tipo vertical delante de los cristales líquidos bloqueará todas las señales luminosas, excepto las que vibren verticalmente. La luz que vibra horizontalmente viajará a través de los cristales líquidos, por lo que no podrá pasar por el filtro vertical.
  • En esta posición, la luz no puede llegar a la pantalla LCD porque el píxel es tenue.

Cómo se encienden los píxeles de la pantalla LCD

  • La luz brillante de la parte trasera de la pantalla brilla como antes.
  • El filtro polarizador horizontal situado delante de la luz bloqueará todas las señales luminosas excepto las que vibren horizontalmente.
  • Un transistor activa el píxel apagando el flujo de electricidad en los cristales líquidos para que los cristales puedan girar. Estos cristales giran las señales de luz 90º a medida que las atraviesan.
  • Las señales luminosas que fluyen hacia los cristales líquidos que vibran horizontalmente saldrán de ellos para vibrar verticalmente.
  • El filtro polarizador vertical situado delante de los cristales líquidos bloqueará todas las señales luminosas, excepto las que vibran verticalmente. La luz que vibra verticalmente saldrá de los cristales líquidos y podrá adquirir a través del filtro vertical.
  • Una vez que el píxel se activa, le da color al píxel.

Diferencia entre Plasma y LCD

Ambas pantallas, como la de plasma y la LCD, son similares, pero funcionan de forma totalmente distinta. Cada píxel es una lámpara fluorescente microscópica que brilla a través del plasma, mientras que el plasma es un tipo de gas extremadamente caliente en el que los átomos son soplados por separado para formar electrones (cargados negativamente) e iones (cargados positivamente). Estos átomos fluyen muy libremente y generan un resplandor de luz una vez que chocan. El diseño de la pantalla de plasma puede hacerse muy grande en comparación con los televisores CRO (tubo de rayos catódicos) ordinarios, pero son muy caros.

Ventajas

El ventajas de la pantalla de cristal líquido incluyen las siguientes.

  • Los LCD consumen menos energía que los CRT y los LED
  • Las pantallas LCD consumen unos microvatios en comparación con los mil vatios de los LED
  • Los LCD son de bajo coste
  • Proporcionan un excelente contraste
  • Las pantallas LCD son más finas y ligeras que las de tubo catódico y LED

Desventajas

El desventajas de la pantalla de cristal líquido incluyen las siguientes.

  • Requerir fuentes de luz adicionales
  • El rango de temperatura es limitado para el funcionamiento
  • Baja fiabilidad
  • La velocidad es muy baja
  • Los LCD necesitan un accionamiento de CA

Aplicaciones

Entre las aplicaciones de la pantalla de cristal líquido se encuentran las siguientes

La tecnología de cristal líquido tiene importantes aplicaciones en el campo de la ciencia y la ingeniería, así como en los dispositivos electrónicos.

  • Termómetro de cristal líquido
  • Imágenes ópticas
  • La tecnología de pantalla de cristal líquido también es aplicable en la visualización de las ondas de radiofrecuencia en la guía de ondas
  • Se utiliza en las aplicaciones médicas

Pocas pantallas basadas en LCD

Pocas pantallas basadas en LCD

Así pues, se trata de una visión general de la pantalla LCD y su estructura, desde la parte trasera hasta la delantera, puede realizarse mediante luces de fondo, hoja1, cristales líquidos, hoja2 con filtros de color y pantalla. Las pantallas de cristal líquido estándar utilizan luces de fondo como las CRFL (lámparas fluorescentes de cátodo frío). Estas luces están dispuestas de forma consistente en la parte trasera de la pantalla para proporcionar una iluminación fiable en todo el panel. Así, el nivel de brillo de todos los píxeles de la imagen tendrá la misma luminosidad.

Espero que tengas un buen conocimiento de pantalla de cristal líquido. Aquí os dejo una tarea. ¿Cómo se interconecta una pantalla LCD con un microcontrolador? además, cualquier duda sobre este concepto o proyecto eléctrico y electrónico Deja tu respuesta en la sección de comentarios de abajo.

Créditos de las fotos

Javired
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