Pantalla de cristal líquido

Una pantalla de cristal líquido ( LCD ) es una pantalla plana u otro dispositivo óptico modulado electrónicamente que utiliza las propiedades de modulación de la luz de los cristales líquidos combinadas con polarizadores para mostrar información. Los cristales líquidos no emiten luz directamente ^[1] sino que utilizan una luz de fondo o un reflector para producir imágenes en color o monocromáticas . ^[2]

Las pantallas LCD están disponibles para mostrar imágenes arbitrarias (como en una pantalla de computadora de uso general) o imágenes fijas con bajo contenido de información, que pueden mostrarse u ocultarse: palabras preestablecidas, dígitos y pantallas de siete segmentos (como en un reloj digital) son todos ejemplos de dispositivos con estas pantallas. Utilizan la misma tecnología básica, excepto que las imágenes arbitrarias se crean a partir de una matriz de pequeños píxeles , mientras que otras pantallas tienen elementos más grandes.

Las pantallas LCD pueden estar normalmente encendidas (positivas) o apagadas (negativas), según la disposición del polarizador. Por ejemplo, una pantalla LCD positiva de caracteres con retroiluminación tiene letras negras sobre un fondo que es del color de la retroiluminación, y una pantalla LCD negativa de caracteres tiene un fondo negro con letras del mismo color que la retroiluminación.

Las pantallas LCD se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, entre las que se incluyen televisores LCD , monitores de ordenador , paneles de instrumentos , pantallas de cabina de aviones y señalización interior y exterior. Las pantallas LCD pequeñas son habituales en los proyectores LCD y en los dispositivos portátiles de consumo, como cámaras digitales , relojes , calculadoras y teléfonos móviles , incluidos los teléfonos inteligentes . Las pantallas LCD han sustituido a las pantallas de tubo de rayos catódicos (CRT) , pesadas, voluminosas y con menor eficiencia energética, en casi todas las aplicaciones.

Las pantallas LCD no están sujetas al efecto de quemado de la pantalla como los CRT. Sin embargo, las pantallas LCD aún son susceptibles a la persistencia de la imagen . ^[3]

Cada píxel de una pantalla LCD consta típicamente de una capa de moléculas alineadas entre dos electrodos transparentes , a menudo hechos de óxido de indio y estaño (ITO) y dos filtros polarizadores (polarizadores paralelos y perpendiculares), cuyos ejes de transmisión son (en la mayoría de los casos) perpendiculares entre sí. Sin el cristal líquido entre los filtros polarizadores, la luz que pasa a través del primer filtro sería bloqueada por el segundo polarizador (cruzado). Antes de que se aplique un campo eléctrico , la orientación de las moléculas de cristal líquido está determinada por la alineación en las superficies de los electrodos. En un dispositivo nemático trenzado (TN), las direcciones de alineación de la superficie en los dos electrodos son perpendiculares entre sí, por lo que las moléculas se organizan en una estructura helicoidal o torsión. Esto induce la rotación de la polarización de la luz incidente y el dispositivo aparece gris. Si el voltaje aplicado es lo suficientemente grande, las moléculas de cristal líquido en el centro de la capa se desenrollan casi por completo y la polarización de la luz incidente no gira a medida que pasa a través de la capa de cristal líquido. Esta luz se polarizará principalmente de forma perpendicular al segundo filtro y, por lo tanto, se bloqueará y el píxel aparecerá negro. Al controlar el voltaje aplicado a través de la capa de cristal líquido en cada píxel, se puede permitir que la luz pase en cantidades variables, lo que constituye diferentes niveles de gris.

La fórmula química de los cristales líquidos utilizados en las pantallas LCD puede variar. Las fórmulas pueden estar patentadas. ^[4] Un ejemplo es una mezcla de 2-(4-alcoxifenil)-5-alquilpirimidina con cianobifenilo, patentada por Merck y Sharp Corporation . La patente que cubría esa mezcla específica ha expirado. ^[5]

La mayoría de los sistemas LCD en color utilizan la misma técnica, con filtros de color utilizados para generar subpíxeles rojos, verdes y azules. Los filtros de color LCD se fabrican con un proceso de fotolitografía sobre grandes láminas de vidrio que luego se pegan con otras láminas de vidrio que contienen una matriz de transistores de película fina (TFT), espaciadores y cristal líquido, creando varias LCD en color que luego se cortan unas de otras y se laminan con láminas polarizadoras. Se utilizan fotorresistencias de color rojo, verde, azul y negro para crear filtros de color. Todas las resistencias contienen un pigmento en polvo finamente molido, con partículas de solo 40 nanómetros de diámetro. La resistencia negra es la primera en aplicarse; esto creará una cuadrícula negra (conocida en la industria como matriz negra) que separará los subpíxeles rojo, verde y azul entre sí, aumentando las relaciones de contraste y evitando que la luz se filtre de un subpíxel a otros subpíxeles circundantes. ^[6] Después de que la resistencia negra se haya secado en un horno y se haya expuesto a la luz ultravioleta a través de una fotomáscara, las áreas no expuestas se eliminan, creando una cuadrícula negra. Luego se repite el mismo proceso con las resistencias restantes. Esto llena los agujeros en la rejilla negra con sus correspondientes resistencias de color. ^{[7] [8] [9]} Las matrices negras fabricadas en los años 1980 y 1990, cuando la mayor parte de la producción de LCD en color era para computadoras portátiles, están hechas de cromo debido a su alta opacidad, pero debido a preocupaciones ambientales, los fabricantes cambiaron a fotorresistencia de color negro con pigmento de carbono como material de matriz negra. ^{[10] [11] [12]} Otro método de generación de color utilizado en las primeras PDA en color y algunas calculadoras se realizó variando el voltaje en una pantalla LCD nemática supertrenzada , donde la torsión variable entre placas con un espaciado más estrecho provoca una birrefringencia de doble refracción variable , cambiando así el tono. ^[13] Por lo general, estaban restringidas a 3 colores por píxel: naranja, verde y azul. ^[14]

El efecto óptico de un dispositivo TN en el estado de voltaje activado depende mucho menos de las variaciones en el espesor del dispositivo que en el estado de voltaje desactivado. Debido a esto, las pantallas TN con bajo contenido de información y sin retroiluminación generalmente se operan entre polarizadores cruzados de modo que parecen brillantes sin voltaje (el ojo es mucho más sensible a las variaciones en el estado oscuro que en el estado brillante). Como la mayoría de las pantallas LCD de la era 2010 se utilizan en televisores, monitores y teléfonos inteligentes, tienen matrices de píxeles de alta resolución para mostrar imágenes arbitrarias utilizando retroiluminación con un fondo oscuro. Cuando no se muestra ninguna imagen, se utilizan diferentes disposiciones. Para este propósito, las pantallas LCD TN se operan entre polarizadores paralelos, mientras que las pantallas LCD IPS cuentan con polarizadores cruzados. En muchas aplicaciones, las pantallas LCD IPS han reemplazado a las pantallas LCD TN, particularmente en teléfonos inteligentes . Tanto el material de cristal líquido como el material de la capa de alineación contienen compuestos iónicos . Si se aplica un campo eléctrico de una polaridad particular durante un largo período de tiempo, este material iónico es atraído a las superficies y degrada el rendimiento del dispositivo. Esto se evita aplicando una corriente alterna o invirtiendo la polaridad del campo eléctrico a medida que se dirige el dispositivo (la respuesta de la capa de cristal líquido es idéntica, independientemente de la polaridad del campo aplicado).

Las pantallas para una pequeña cantidad de dígitos individuales o símbolos fijos (como en los relojes digitales y las calculadoras de bolsillo ) se pueden implementar con electrodos independientes para cada segmento. ^[15] Por el contrario, las pantallas alfanuméricas completas o de gráficos variables se implementan generalmente con píxeles dispuestos como una matriz que consiste en filas conectadas eléctricamente en un lado de la capa LC y columnas en el otro lado, lo que hace posible direccionar cada píxel en las intersecciones. El método general de direccionamiento matricial consiste en direccionar secuencialmente un lado de la matriz, por ejemplo seleccionando las filas una por una y aplicando la información de la imagen en el otro lado en las columnas fila por fila. Para obtener detalles sobre los diversos esquemas de direccionamiento matricial, consulte LCD direccionados con matriz pasiva y matriz activa.

Las pantallas LCD se fabrican en salas blancas , empleando técnicas de fabricación de semiconductores y utilizando grandes láminas de vidrio cuyo tamaño ha aumentado con el tiempo. Se fabrican varias pantallas al mismo tiempo y luego se cortan de la lámina de vidrio, también conocida como vidrio madre o sustrato de vidrio LCD. El aumento de tamaño permite fabricar más pantallas o pantallas más grandes, al igual que ocurre con el aumento de tamaños de obleas en la fabricación de semiconductores. Los tamaños de vidrio son los siguientes:

Hasta Gen 8, los fabricantes no se pondrían de acuerdo sobre un único tamaño de vidrio madre y, como resultado, diferentes fabricantes utilizarían tamaños de vidrio ligeramente diferentes para la misma generación. Algunos fabricantes han adoptado láminas de vidrio madre Gen 8.6 que son solo un poco más grandes que Gen 8.5, lo que permite fabricar más LCD de 50 y 58 pulgadas por vidrio madre, especialmente LCD de 58 pulgadas, en cuyo caso se pueden producir 6 en un vidrio madre Gen 8.6 frente a solo 3 en un vidrio madre Gen 8.5, lo que reduce significativamente el desperdicio. ^[22] El grosor del vidrio madre también aumenta con cada generación, por lo que los tamaños de vidrio madre más grandes son más adecuados para pantallas más grandes. Un módulo LCD (LCM) es un LCD listo para usar con retroiluminación. Por lo tanto, una fábrica que fabrica módulos LCD no necesariamente fabrica LCD, solo puede ensamblarlos en los módulos. Los sustratos de vidrio LCD son fabricados por empresas como AGC Inc. , Corning Inc. y Nippon Electric Glass .

El origen y la compleja historia de las pantallas de cristal líquido desde la perspectiva de un conocedor de la materia durante sus inicios fueron descritos por Joseph A. Castellano en Liquid Gold: The Story of Liquid Crystal Displays and the Creation of an Industry . ^[7] Hiroshi Kawamoto ha publicado otro informe sobre los orígenes y la historia de las pantallas de cristal líquido desde una perspectiva diferente hasta 1991, disponible en el IEEE History Center. ^[27] Una descripción de las contribuciones suizas a los desarrollos de las pantallas de cristal líquido, escrita por Peter J. Wild , se puede encontrar en el Engineering and Technology History Wiki . ^[28]

En 1888, ^[29] Friedrich Reinitzer (1858-1927) descubrió la naturaleza cristalina líquida del colesterol extraído de las zanahorias (es decir, dos puntos de fusión y generación de colores) y publicó sus hallazgos. ^[30] En 1904, Otto Lehmann publicó su obra "Flüssige Kristalle" (Cristales líquidos). En 1911, Charles Mauguin experimentó por primera vez con cristales líquidos confinados entre placas en capas delgadas.

En 1922, Georges Friedel describió la estructura y las propiedades de los cristales líquidos y los clasificó en tres tipos (nemáticos, esmécticos y colestéricos). En 1927, Vsevolod Frederiks ideó la válvula de luz conmutada eléctricamente, llamada transición de Fréedericksz , el efecto esencial de toda la tecnología LCD. En 1936, la empresa Marconi Wireless Telegraph patentó la primera aplicación práctica de la tecnología, "La válvula de luz de cristal líquido" . En 1962, el Dr. George W. Gray publicó la primera publicación importante en idioma inglés Estructura molecular y propiedades de los cristales líquidos . ^[31] En 1962, Richard Williams de RCA descubrió que los cristales líquidos tenían algunas características electroópticas interesantes y realizó un efecto electroóptico generando patrones de rayas en una capa delgada de material de cristal líquido mediante la aplicación de un voltaje. Este efecto se basa en una inestabilidad electrohidrodinámica que forma lo que ahora se denominan "dominios de Williams" dentro del cristal líquido. ^[32]

Basándose en los primeros MOSFET , Paul K. Weimer de RCA desarrolló el transistor de película fina (TFT) en 1962. ^[33] Era un tipo de MOSFET distinto del MOSFET estándar. ^[34]

En 1964, George H. Heilmeier , que trabajaba en los laboratorios de la RCA en el efecto descubierto por Richard Williams, logró el cambio de colores mediante la realineación inducida por campo de los colorantes dicroicos en un cristal líquido orientado homeotrópicamente. Los problemas prácticos con este nuevo efecto electroóptico hicieron que Heilmeier continuara trabajando en los efectos de dispersión en cristales líquidos y finalmente en el logro de la primera pantalla de cristal líquido operativa basada en lo que llamó el modo de dispersión dinámica (DSM). La aplicación de un voltaje a una pantalla DSM cambia la capa de cristal líquido inicialmente transparente y clara a un estado turbio lechoso. Las pantallas DSM podían funcionar en modo transmisivo y en modo reflexivo, pero requerían que fluyera una corriente considerable para su funcionamiento. ^{[35] [36] [37] [38]} George H. Heilmeier fue incluido en el Salón de la Fama de los Inventores Nacionales ^[39] y se le atribuyó la invención de las pantallas LCD. El trabajo de Heilmeier es un hito del IEEE . ^[40]

A finales de los años 1960, el Royal Radar Establishment del Reino Unido, en Malvern (Inglaterra), realizó un trabajo pionero sobre cristales líquidos . El equipo del RRE apoyó el trabajo en curso de George William Gray y su equipo en la Universidad de Hull , quienes finalmente descubrieron los cristales líquidos de cianobifenilo, que tenían propiedades de estabilidad y temperatura correctas para su aplicación en las pantallas LCD. ^[41]

La idea de una pantalla de cristal líquido (LCD) basada en TFT fue concebida por Bernard Lechner de RCA Laboratories en 1968. ^{[42] Lechner, FJ Marlowe, EO Nester y J. Tults demostraron el concepto en 1968 con una pantalla LCD} de modo de dispersión dinámica (DSM) de matriz de 18x2 que usaba MOSFET discretos estándar . ^[43]

El 4 de diciembre de 1970, Hoffmann-LaRoche presentó una solicitud de patente en Suiza para el efecto de campo nemático retorcido (TN) en cristales líquidos (patente suiza n.º 532 261 archivada el 9 de marzo de 2021 en Wayback Machine ) con Wolfgang Helfrich y Martin Schadt (que entonces trabajaban para los Laboratorios Centrales de Investigación) enumerados como inventores. ^[35] Hoffmann-La Roche licenció la invención al fabricante suizo Brown, Boveri & Cie , su socio de empresa conjunta en ese momento, que produjo pantallas TN para relojes de pulsera y otras aplicaciones durante la década de 1970 para los mercados internacionales, incluida la industria electrónica japonesa, que pronto produjo los primeros relojes de pulsera de cuarzo digitales con TN-LCD y numerosos otros productos. James Fergason , mientras trabajaba con Sardari Arora y Alfred Saupe en el Instituto de Cristal Líquido de la Universidad Estatal de Kent , presentó una patente idéntica en los Estados Unidos el 22 de abril de 1971. ^[44] En 1971, la empresa de Fergason, ILIXCO (ahora LXD Incorporated ), produjo LCD basados ​​en el efecto TN, que pronto reemplazaron a los tipos DSM de mala calidad debido a mejoras en voltajes operativos más bajos y menor consumo de energía. Tetsuro Hama e Izuhiko Nishimura de Seiko recibieron una patente estadounidense con fecha de febrero de 1971, para un reloj de pulsera electrónico que incorporaba un TN-LCD. ^[45] En 1972, se lanzó al mercado el primer reloj de pulsera con TN-LCD: el Gruen Teletime, que era un reloj con pantalla de cuatro dígitos.

En 1972, el concepto del panel de pantalla de cristal líquido de transistor de película delgada (TFT) de matriz activa fue prototipado en los Estados Unidos por el equipo de T. Peter Brody en Westinghouse , en Pittsburgh, Pensilvania . ^[46] En 1973, Brody, JA Asars y GD Dixon en Westinghouse Research Laboratories demostraron la primera pantalla de cristal líquido de transistor de película delgada (TFT LCD). ^{[47] [48]} A partir de 2013 , todos los dispositivos de visualización electrónicos modernos de alta resolución y alta calidad utilizan pantallas de matriz activa basadas en TFT . ^{[49] Brody y Fang-Chen Luo demostraron la primera} pantalla de cristal líquido de matriz activa plana (AM LCD) en 1974, y luego Brody acuñó el término "matriz activa" en 1975. ^{[42][actualizar]}

En 1972, North American Rockwell Microelectronics Corp introdujo el uso de LCD DSM para calculadoras con fines de marketing de Lloyds Electronics Inc, aunque estas requerían una fuente de luz interna para su iluminación. ^[50] Sharp Corporation siguió con LCD DSM para calculadoras de bolsillo en 1973 ^[51] y luego produjo en masa LCD TN para relojes en 1975. ^[52] Otras empresas japonesas pronto tomaron una posición de liderazgo en el mercado de relojes de pulsera, como Seiko y su primer reloj de pulsera de cuarzo TN-LCD de 6 dígitos, y el 'Casiotron' de Casio . Las pantallas LCD en color basadas en la interacción huésped-anfitrión fueron inventadas por un equipo de RCA en 1968. ^[53] Un tipo particular de una pantalla LCD en color de este tipo fue desarrollado por Sharp Corporation de Japón en la década de 1970, recibiendo patentes por sus inventos, como una patente de Shinji Kato y Takaaki Miyazaki en mayo de 1975, ^[54] y luego mejorada por Fumiaki Funada y Masataka Matsuura en diciembre de 1975. ^[55] Las pantallas LCD TFT similares a los prototipos desarrollados por un equipo de Westinghouse en 1972 fueron patentadas en 1976 por un equipo de Sharp formado por Fumiaki Funada, Masataka Matsuura y Tomio Wada, ^[56] luego mejoradas en 1977 por un equipo de Sharp formado por Kohei Kishi, Hirosaku Nonomura, Keiichiro Shimizu y Tomio Wada. ^[57] Sin embargo, estas pantallas TFT-LCD aún no estaban listas para usarse en productos, ya que los problemas con los materiales para las TFT aún no se habían resuelto.

En 1983, investigadores del Centro de Investigación Brown, Boveri & Cie (BBC), Suiza , inventaron la estructura nemática supertrenzada (STN) para LCD direccionados por matriz pasiva . H. Amstutz et al. fueron listados como inventores en las solicitudes de patente correspondientes presentadas en Suiza el 7 de julio de 1983 y el 28 de octubre de 1983. Se otorgaron patentes en Suiza CH 665491, Europa EP 0131216, ^[58] patente estadounidense 4,634,229 y muchos más países. En 1980, Brown Boveri inició una empresa conjunta 50/50 con la empresa holandesa Philips, llamada Videlec. ^[59] Philips tenía el conocimiento necesario para diseñar y construir circuitos integrados para el control de grandes paneles LCD. Además, Philips tenía mejor acceso a los mercados de componentes electrónicos y tenía la intención de utilizar LCD en nuevas generaciones de productos de alta fidelidad, equipos de video y teléfonos. En 1984, los investigadores de Philips Theodorus Welzen y Adrianus de Vaan inventaron un esquema de control de velocidad de video que resolvió el lento tiempo de respuesta de los STN-LCD, lo que permitió imágenes de video de alta resolución, alta calidad y movimiento suave en STN-LCD. ^{[ cita requerida ]} En 1985, los inventores de Philips Theodorus Welzen y Adrianus de Vaan resolvieron el problema de controlar los STN-LCD de alta resolución utilizando electrónica de control de bajo voltaje (basada en CMOS), lo que permitió la aplicación de paneles LCD de alta calidad (alta resolución y velocidad de video) en productos portátiles que funcionan con baterías, como computadoras portátiles y teléfonos móviles. ^[60] En 1985, Philips adquirió el 100% de la empresa Videlec AG con sede en Suiza. Posteriormente, Philips trasladó las líneas de producción de Videlec a los Países Bajos. Años más tarde, Philips produjo y comercializó con éxito módulos completos (que consisten en la pantalla LCD, el micrófono, los parlantes, etc.) en una producción de alto volumen para la floreciente industria de la telefonía móvil.

Los primeros televisores LCD en color se desarrollaron como televisores de mano en Japón. En 1980, el grupo de I+D de Hattori Seiko comenzó el desarrollo de televisores de bolsillo LCD en color. ^[61] En 1982, Seiko Epson lanzó el primer televisor LCD, el Epson TV Watch, un reloj de pulsera equipado con un pequeño televisor LCD de matriz activa. ^{[62] [63]} Sharp Corporation introdujo la matriz de puntos TN-LCD en 1983. ^[52] En 1984, Epson lanzó el ET-10, el primer televisor LCD de bolsillo a todo color. ^[64] El mismo año, Citizen Watch , ^[65] introdujo el Citizen Pocket TV, ^[61] un televisor LCD a color de 2,7 pulgadas, ^{[65] con el primer} LCD TFT comercial . ^[61] En 1988, Sharp demostró un TFT-LCD de 14 pulgadas, de matriz activa, a todo color y de movimiento completo. Esto llevó a Japón a lanzar una industria de LCD, que desarrolló LCD de gran tamaño, incluidos monitores de computadora TFT y televisores LCD. ^[66] Epson desarrolló la tecnología de proyección 3LCD en la década de 1980 y obtuvo la licencia para su uso en proyectores en 1988. ^{[67] El VPJ-700 de Epson, lanzado en enero de 1989, fue el primer} proyector LCD compacto y a todo color del mundo . ^[63]

En 1990, bajo diferentes títulos, los inventores concibieron efectos electroópticos como alternativas a los LCD de efecto de campo nemático trenzado (LCD TN y STN). Un enfoque fue utilizar electrodos interdigitales en un solo sustrato de vidrio para producir un campo eléctrico esencialmente paralelo a los sustratos de vidrio. ^{[68] [69]} Para aprovechar al máximo las propiedades de esta tecnología de conmutación en el plano (IPS) fue necesario seguir trabajando. Después de un análisis exhaustivo, los detalles de las realizaciones ventajosas se presentaron en Alemania por Guenter Baur et al. y se patentaron en varios países. ^{[70] [71]} El Instituto Fraunhofer ISE en Friburgo, donde trabajaron los inventores, asigna estas patentes a Merck KGaA, Darmstadt, un proveedor de sustancias LC. En 1992, poco después, los ingenieros de Hitachi trabajan varios detalles prácticos de la tecnología IPS para interconectar la matriz de transistores de película delgada como una matriz y evitar campos parásitos indeseables entre los píxeles. ^{[72] [73]} El primer televisor LCD montable en la pared fue presentado por Sharp Corporation en 1992. ^[74]

Hitachi también mejoró aún más la dependencia del ángulo de visión al optimizar la forma de los electrodos ( Super IPS ). NEC e Hitachi se convierten en los primeros fabricantes de LCD direccionados por matriz activa basados ​​en la tecnología IPS. Este es un hito para la implementación de LCD de pantalla grande que tienen un rendimiento visual aceptable para monitores de computadora de panel plano y pantallas de televisión. En 1996, Samsung desarrolló la técnica de patrón óptico que permite LCD multidominio. Multidominio y conmutación en plano posteriormente siguieron siendo los diseños de LCD dominantes hasta 2006. ^[75] A fines de la década de 1990, la industria de LCD comenzó a alejarse de Japón, hacia Corea del Sur y Taiwán , ^[66] y más tarde hacia China.

En 2007, la calidad de imagen de los televisores LCD superó a la de los televisores con tubo de rayos catódicos (CRT). ^[76] En el cuarto trimestre de 2007, los televisores LCD superaron a los televisores CRT en ventas mundiales por primera vez. ^{[77] Se proyecta que} los televisores LCD representarán el 50% de los 200 millones de televisores que se enviarán globalmente en 2006, según Displaybank. ^{[78] [79]}

En octubre de 2011, Toshiba anunció una pantalla LCD de 6,1 pulgadas (155 mm) con resolución de 2560 × 1600 píxeles, adecuada para su uso en tabletas ^[80] , especialmente para la visualización de caracteres chinos. En la década de 2010 también se adoptó ampliamente el sistema TGP (Tracking Gate-line in Pixel), que desplaza los circuitos de control desde los bordes de la pantalla hasta el espacio entre los píxeles, lo que permite biseles estrechos. ^[81]

En 2016, Panasonic desarrolló pantallas LCD IPS con una relación de contraste de 1.000.000:1, que rivaliza con las OLED. Esta tecnología se puso posteriormente en producción en masa como pantallas LCD de doble capa, de doble panel o LMCL (Light Modulating Cell Layer). La tecnología utiliza dos capas de cristal líquido en lugar de una y se puede utilizar junto con una retroiluminación mini-LED y láminas de puntos cuánticos. ^{[82] [83]}

Las pantallas LCD con película de mejora de puntos cuánticos o filtros de color de puntos cuánticos se introdujeron entre 2015 y 2018. Los puntos cuánticos reciben luz azul de una luz de fondo y la convierten en luz que permite que los paneles LCD ofrezcan una mejor reproducción del color. ^{[84] [85] [86] [87] [88] [89]} Los filtros de color de puntos cuánticos se fabrican utilizando fotorresistencias que contienen puntos cuánticos en lugar de pigmentos de colores, ^[90] y los puntos cuánticos pueden tener una estructura especial para mejorar su aplicación en el filtro de color. Los filtros de color de puntos cuánticos ofrecen una transmisión de luz superior a las películas de mejora de puntos cuánticos. ^[91]

Las pantallas LCD no producen luz por sí mismas, por lo que requieren luz externa para producir una imagen visible. ^{[92] [93]} En un tipo transmisivo de pantalla LCD, la fuente de luz se proporciona en la parte posterior de la pila de vidrio y se denomina retroiluminación . Las pantallas LCD de matriz activa casi siempre están retroiluminadas. ^{[94] [95]} Las pantallas LCD pasivas pueden estar retroiluminadas, pero muchas son reflectantes, ya que utilizan una superficie o película reflectante en la parte posterior de la pila de vidrio para utilizar la luz ambiental. Las pantallas LCD transflectivas combinan las características de una pantalla transmisiva retroiluminada y una pantalla reflectante.

Las implementaciones comunes de la tecnología de retroiluminación LCD son:

• Matriz WLED: el panel LCD está iluminado por una matriz completa de LED blancos colocados detrás de un difusor detrás del panel. Las pantallas LCD que utilizan esta implementación suelen tener la capacidad de atenuar o apagar por completo los LED en las áreas oscuras de la imagen que se muestra, lo que aumenta de manera efectiva la relación de contraste de la pantalla. La precisión con la que se puede hacer esto dependerá de la cantidad de zonas de atenuación de la pantalla. Cuantas más zonas de atenuación haya, más precisa será la atenuación, con artefactos de iluminación menos obvios que son visibles como parches de color gris oscuro rodeados por las áreas no iluminadas de la pantalla LCD. A partir de 2012, este diseño se utiliza principalmente en televisores LCD de pantalla más grande y de gama alta.
• CCFL: El panel LCD se ilumina mediante dos lámparas fluorescentes de cátodo frío colocadas en los bordes opuestos de la pantalla o mediante una matriz de CCFL paralelas detrás de pantallas más grandes. Luego, un difusor (hecho de plástico acrílico PMMA, también conocido como placa guía/guía de ondas o luz ^{[96] [97]} ) distribuye la luz de manera uniforme por toda la pantalla. Durante muchos años, esta tecnología se había utilizado casi exclusivamente. A diferencia de los LED blancos, la mayoría de las CCFL tienen una salida espectral uniformemente blanca que da como resultado una mejor gama de colores para la pantalla. Sin embargo, las CCFL son menos eficientes energéticamente que los LED y requieren un inversor algo costoso para convertir cualquier voltaje de CC que use el dispositivo (generalmente 5 o 12 V) a ≈1000 V necesarios para iluminar una CCFL. ^[98] El grosor de los transformadores inversores también limita el grosor de la pantalla.
• EL-WLED: El panel LCD está iluminado por una fila de LED blancos colocados en uno o más bordes de la pantalla. Luego se utiliza un difusor de luz (placa guía de luz, LGP) para distribuir la luz de manera uniforme por toda la pantalla, de manera similar a las retroiluminaciones LCD CCFL con iluminación de borde. El difusor está hecho de plástico PMMA o vidrio especial; el PMMA se utiliza en la mayoría de los casos porque es resistente, mientras que el vidrio especial se utiliza cuando el grosor de la pantalla LCD es una preocupación principal, porque no se expande tanto cuando se calienta o se expone a la humedad, lo que permite que las pantallas LCD tengan solo 5 mm de grosor. Los puntos cuánticos se pueden colocar sobre el difusor como una película de mejora de puntos cuánticos (QDEF, en cuyo caso necesitan una capa para protegerse del calor y la humedad) o sobre el filtro de color de la pantalla LCD, reemplazando las resistencias que se utilizan normalmente. ^[96] A partir de 2012, ^[actualizar]este diseño es el más popular en los monitores de computadoras de escritorio. Permite las pantallas más delgadas. Algunos monitores LCD que utilizan esta tecnología tienen una característica llamada contraste dinámico, inventada por los investigadores de Philips Douglas Stanton, Martinus Stroomer y Adrianus de Vaan ^[99] Usando PWM (modulación por ancho de pulso, una tecnología donde la intensidad de los LED se mantiene constante, pero el ajuste del brillo se logra variando un intervalo de tiempo de parpadeo de estas fuentes de luz de intensidad de luz constante ^[100] ), la luz de fondo se atenúa al color más brillante que aparece en la pantalla mientras que simultáneamente aumenta el contraste del LCD a los niveles máximos alcanzables, lo que permite que la relación de contraste de 1000:1 del panel LCD se escale a diferentes intensidades de luz, lo que da como resultado las relaciones de contraste de "30000:1" que se ven en la publicidad de algunos de estos monitores. Dado que las imágenes de la pantalla de la computadora generalmente tienen todo el blanco en algún lugar de la imagen, la luz de fondo generalmente tendrá su intensidad máxima, lo que hace que esta "característica" sea principalmente un truco de marketing para los monitores de computadora, sin embargo, para las pantallas de TV aumenta drásticamente la relación de contraste percibida y el rango dinámico, mejora la dependencia del ángulo de visión y reduce drásticamente el consumo de energía de los televisores LCD convencionales.
• Matriz de LED RGB: similar a la matriz WLED, excepto que el panel está iluminado por una matriz de LED RGB . ^{[101] [102] [103] [104]} Mientras que las pantallas iluminadas con LED blancos suelen tener una gama de colores más pobre que las pantallas iluminadas con CCFL, los paneles iluminados con LED RGB tienen gamas de colores muy amplias. Esta implementación es más popular en las pantallas LCD de edición de gráficos profesionales. A partir de 2012, las pantallas LCD de esta categoría suelen costar más de $1000. A partir de 2016, el costo de esta categoría se ha reducido drásticamente y dichos televisores LCD obtuvieron los mismos niveles de precio que las anteriores categorías basadas en CRT de 28" (71 cm).
• LED monocromáticos: como los LED rojos, verdes, amarillos o azules, se utilizan en las pequeñas pantallas LCD monocromáticas pasivas que se utilizan normalmente en relojes y pequeños electrodomésticos. Los LED azules se pueden utilizar en pantallas LCD con película de mejora de puntos cuánticos o filtros de color de puntos cuánticos. ^{[105] [106]}
• Mini-LED: la retroiluminación con mini-LED puede admitir más de mil zonas de atenuación de área local (FLAD) de área completa. Esto permite negros más profundos y una relación de contraste más alta. ^[107]

En la actualidad, la mayoría de las pantallas LCD se diseñan con retroiluminación LED en lugar de la retroiluminación CCFL tradicional, mientras que dicha retroiluminación se controla dinámicamente con la información de vídeo (control dinámico de retroiluminación). La combinación con el control dinámico de retroiluminación, inventado por los investigadores de Philips Douglas Stanton, Martinus Stroomer y Adrianus de Vaan, aumenta simultáneamente el rango dinámico del sistema de visualización (también comercializado como HDR , televisión de alto rango dinámico o FLAD , atenuación de área local de área completa ). ^{[108] [109] [99]}

Los sistemas de retroiluminación de LCD se vuelven altamente eficientes mediante la aplicación de películas ópticas como la estructura prismática (lámina prismática) para llevar la luz hacia las direcciones deseadas del espectador y películas polarizadoras reflectantes que reciclan la luz polarizada que anteriormente era absorbida por el primer polarizador de la LCD (inventado por los investigadores de Philips Adrianus de Vaan y Paulus Schaareman), ^[110] generalmente logradas usando las llamadas películas DBEF fabricadas y suministradas por 3M. ^[111] Las versiones mejoradas de la lámina prismática tienen una estructura ondulada en lugar de prismática, e introducen ondas lateralmente en la estructura de la lámina mientras que también varían la altura de las ondas, dirigiendo aún más luz hacia la pantalla y reduciendo el aliasing o muaré entre la estructura de la lámina prismática y los subpíxeles de la LCD. Una estructura ondulada es más fácil de producir en masa que una prismática usando máquinas herramienta de diamante convencionales, que se utilizan para hacer los rodillos utilizados para imprimir la estructura ondulada en láminas de plástico, produciendo así láminas prismáticas. ^[112] Se coloca una lámina difusora a ambos lados de la lámina prismática para distribuir la luz de fondo de manera uniforme, mientras que se coloca un espejo detrás de la placa guía de luz para dirigir toda la luz hacia adelante. La lámina prismática con sus láminas difusoras se colocan sobre la placa guía de luz. ^{[113] [96]} Los polarizadores DBEF consisten en una gran pila de películas birrefringentes orientadas uniaxialmente que reflejan el modo de polarización absorbido anterior de la luz. ^[114]

Los polarizadores DBEF que utilizan cristales líquidos polimerizados orientados uniaxiales (polímeros birrefringentes o pegamento birrefringente) fueron inventados en 1989 por los investigadores de Philips Dirk Broer, Adrianus de Vaan y Joerg Brambring. ^[115] La combinación de dichos polarizadores reflectantes y el control dinámico de la retroiluminación LED ^[99] hacen que los televisores LCD actuales sean mucho más eficientes que los televisores basados ​​en CRT, lo que lleva a un ahorro de energía mundial de 600 TWh (2017), equivalente al 10% del consumo de electricidad de todos los hogares en todo el mundo o igual a 2 veces la producción de energía de todas las células solares del mundo. ^{[116] [117]}

Una pantalla de televisión estándar, un panel LCD moderno, tiene más de seis millones de píxeles, y todos ellos reciben alimentación individual de una red de cables integrada en la pantalla. Los cables finos, o vías, forman una cuadrícula con cables verticales a lo largo de toda la pantalla en un lado de la pantalla y cables horizontales a lo largo de toda la pantalla en el otro lado de la pantalla. Cada píxel tiene una conexión positiva en un lado y una conexión negativa en el otro lado de esta cuadrícula. Por lo tanto, la cantidad total de cables necesarios para una pantalla de 1080p es de 3 x 1920 en sentido vertical y 1080 en sentido horizontal, lo que supone un total de 6840 cables en sentido horizontal y vertical. Eso es tres para el rojo, el verde y el azul y 1920 columnas de píxeles para cada color, lo que supone un total de 5760 cables en sentido vertical y 1080 filas de cables en sentido horizontal. Para un panel de 28,8 pulgadas (73 centímetros) de ancho, eso significa una densidad de cables de 200 cables por pulgada a lo largo del borde horizontal.

El panel LCD está alimentado por controladores LCD que se combinan cuidadosamente con el borde del panel LCD en el nivel de fábrica. Los controladores se pueden instalar utilizando varios métodos, los más comunes de los cuales son COG (Chip-On-Glass) y TAB ( Tape-automated bonding ). Estos mismos principios también se aplican a las pantallas de teléfonos inteligentes que son mucho más pequeñas que las pantallas de TV. ^{[118] [119] [120]} Los paneles LCD generalmente utilizan vías conductoras metálicas recubiertas finamente sobre un sustrato de vidrio para formar los circuitos de celdas para operar el panel. Por lo general, no es posible utilizar técnicas de soldadura para conectar directamente el panel a una placa de circuito grabada en cobre separada. En su lugar, la interfaz se logra utilizando una película conductora anisotrópica o, para densidades más bajas, conectores elastoméricos .

Las pantallas LCD de matriz pasiva monocromáticas y, posteriormente, de color, fueron estándar en la mayoría de las primeras computadoras portátiles (aunque algunas usaban pantallas de plasma ^{[121] [122]} ) y en la Game Boy original de Nintendo ^[123] hasta mediados de los años 1990, cuando la matriz activa en color se convirtió en estándar en todas las computadoras portátiles. La Macintosh Portable (lanzada en 1989), que no tuvo éxito comercial, fue una de las primeras en usar una pantalla de matriz activa (aunque todavía monocromática). Las pantallas LCD de matriz pasiva todavía se usan en la década de 2010 para aplicaciones menos exigentes que las computadoras portátiles y los televisores, como las calculadoras económicas. En particular, se usan en dispositivos portátiles donde se necesita mostrar menos contenido de información, se desea un menor consumo de energía (sin luz de fondo ) y un bajo costo o se necesita legibilidad bajo la luz solar directa.

Las pantallas que tienen una estructura de matriz pasiva utilizan tecnología STN nemática supertrenzada (inventada por el Centro de Investigación Brown Boveri, Baden, Suiza, en 1983; los detalles científicos fueron publicados ^[124] ) o tecnología STN de doble capa (DSTN) (la última de las cuales soluciona un problema de cambio de color con la primera), y STN de color (CSTN), en la que el color se agrega utilizando un filtro de color interno. Las pantallas LCD STN han sido optimizadas para el direccionamiento de matriz pasiva. Presentan un umbral más nítido de la característica de contraste frente a voltaje que las pantallas LCD TN originales. Esto es importante, porque los píxeles están sujetos a voltajes parciales incluso cuando no están seleccionados. La diafonía entre píxeles activados y no activados tiene que manejarse adecuadamente manteniendo el voltaje RMS de los píxeles no activados por debajo del voltaje umbral como descubrió Peter J. Wild en 1972, ^[125] mientras que los píxeles activados están sujetos a voltajes por encima del umbral (los voltajes de acuerdo con el esquema de control "Alt & Pleshko"). ^[126] Para que estas pantallas STN funcionen según el esquema de control de Alt & Pleshko se requieren voltajes de direccionamiento de línea muy altos. Welzen y de Vaan inventaron un esquema de control alternativo (un esquema de control distinto del "Alt & Pleshko") que requiere voltajes mucho más bajos, de modo que la pantalla STN se pueda controlar utilizando tecnologías CMOS de bajo voltaje. ^[60] Las pantallas LCD de color blanco sobre azul son STN y pueden utilizar un polarizador azul o birrefringencia que les da su apariencia distintiva. ^{[127] [128] [129]}

Las pantallas LCD STN deben actualizarse continuamente alternando voltajes pulsados ​​de una polaridad durante un cuadro y pulsos de polaridad opuesta durante el siguiente cuadro. Los píxeles individuales son direccionados por los circuitos de fila y columna correspondientes. Este tipo de pantalla se denomina direccionamiento de matriz pasiva , porque el píxel debe mantener su estado entre actualizaciones sin el beneficio de una carga eléctrica constante. A medida que aumenta el número de píxeles (y, correspondientemente, columnas y filas), este tipo de pantalla se vuelve menos factible. Los tiempos de respuesta lentos y el contraste deficiente son típicos de las pantallas LCD direccionadas de matriz pasiva con demasiados píxeles y controladas según el esquema de control "Alt & Pleshko". Welzen y de Vaan también inventaron un esquema de control no RMS que permite controlar pantallas STN con velocidades de video y permite mostrar imágenes de video de movimiento suave en una pantalla STN. ^{[ cita requerida ]} Citizen, entre otros, licenció estas patentes e introdujo con éxito varios televisores de bolsillo LCD basados ​​en STN en el mercado. ^{[ cita requerida ]}

Las pantallas LCD biestables no requieren una actualización continua. Solo se requiere reescritura para cambios de información de imagen. En 1984, HA van Sprang y AJSM de Vaan inventaron una pantalla tipo STN que podía funcionar en modo biestable, lo que permitía obtener imágenes de resolución extremadamente alta de hasta 4000 líneas o más utilizando solo voltajes bajos. ^[130] Dado que un píxel puede estar en estado encendido o apagado en el momento en que se necesita escribir nueva información en ese píxel en particular, el método de direccionamiento de estas pantallas biestables es bastante complejo, una razón por la que estas pantallas no llegaron al mercado. Eso cambió cuando en 2010 aparecieron las pantallas LCD de "consumo cero" (biestables). Potencialmente, el direccionamiento de matriz pasiva se puede utilizar con dispositivos si sus características de escritura/borrado son adecuadas, lo que era el caso de los libros electrónicos que solo necesitan mostrar imágenes fijas. Después de que se escribe una página en la pantalla, se puede cortar la alimentación de la pantalla mientras se conservan las imágenes legibles. Esto tiene la ventaja de que dichos libros electrónicos pueden funcionar durante largos periodos de tiempo alimentados únicamente por una pequeña batería.

Las pantallas de color de alta resolución , como los monitores de ordenador y televisores LCD modernos, utilizan una estructura de matriz activa . Se añade una matriz de transistores de película fina (TFT) a los electrodos en contacto con la capa LC. Cada píxel tiene su propio transistor dedicado , lo que permite que cada línea de columna acceda a un píxel. Cuando se selecciona una línea de fila, todas las líneas de columna se conectan a una fila de píxeles y los voltajes correspondientes a la información de la imagen se aplican a todas las líneas de columna. A continuación, se desactiva la línea de fila y se selecciona la siguiente línea de fila. Todas las líneas de fila se seleccionan en secuencia durante una operación de actualización . Las pantallas direccionadas por matriz activa se ven más brillantes y nítidas que las pantallas direccionadas por matriz pasiva del mismo tamaño y, por lo general, tienen tiempos de respuesta más rápidos, lo que produce imágenes mucho mejores. Sharp produce LCD reflectantes biestables con una celda SRAM de 1 bit por píxel que solo requiere pequeñas cantidades de energía para mantener una imagen. ^[131]

Las pantallas LCD de segmentos también pueden tener color mediante el uso de color secuencial de campo (LCD FSC). Este tipo de pantallas tienen un panel LCD de segmentos pasivo de alta velocidad con retroiluminación RGB. La retroiluminación cambia rápidamente de color, lo que hace que parezca blanca a simple vista. El panel LCD está sincronizado con la retroiluminación. Por ejemplo, para hacer que un segmento aparezca rojo, el segmento solo se enciende cuando la retroiluminación es roja, y para hacer que un segmento aparezca magenta, el segmento se enciende cuando la retroiluminación es azul y continúa encendido mientras la retroiluminación se vuelve roja, y se apaga cuando la retroiluminación se vuelve verde. Para hacer que un segmento aparezca negro, el segmento siempre está encendido. Una pantalla LCD FSC divide una imagen en color en 3 imágenes (una roja, una verde y una azul) y las muestra en orden. Debido a la persistencia de la visión , las 3 imágenes monocromáticas aparecen como una imagen en color. Una pantalla LCD FSC necesita un panel LCD con una frecuencia de actualización de 180 Hz, y el tiempo de respuesta se reduce a solo 5 milisegundos en comparación con los paneles LCD STN normales que tienen un tiempo de respuesta de 16 milisegundos. ^{[132] [133]} Las pantallas LCD FSC contienen un controlador IC Chip-On-Glass que también se puede utilizar con una pantalla táctil capacitiva. Esta técnica también se puede aplicar en pantallas destinadas a mostrar imágenes, ya que puede ofrecer una mayor transmisión de luz y, por lo tanto, un potencial de consumo de energía reducido en la retroiluminación debido a la omisión de filtros de color en las pantallas LCD. ^[134]

Samsung introdujo las pantallas UFB (Ultra Fine & Bright) en 2002, que utilizaban el efecto superbirrefringente. Según Samsung, tienen la luminancia, la gama de colores y la mayor parte del contraste de una pantalla TFT-LCD, pero consumen la misma energía que una pantalla STN. Se utilizaban en diversos modelos de teléfonos móviles Samsung fabricados hasta finales de 2006, cuando Samsung dejó de producir pantallas UFB. Las pantallas UFB también se utilizaban en determinados modelos de teléfonos móviles LG.

Las pantallas nemáticas retorcidas contienen cristales líquidos que se retuercen y desenroscan en distintos grados para permitir el paso de la luz. Cuando no se aplica voltaje a una celda de cristal líquido TN, la luz polarizada pasa a través de la capa LC retorcida a 90 grados. En proporción al voltaje aplicado, los cristales líquidos se desenroscan, lo que cambia la polarización y bloquea el paso de la luz. Si se ajusta correctamente el nivel de voltaje, se puede lograr casi cualquier nivel de gris o transmisión.

La conmutación en el plano es una tecnología LCD que alinea los cristales líquidos en un plano paralelo a los sustratos de vidrio. En este método, el campo eléctrico se aplica a través de electrodos opuestos en el mismo sustrato de vidrio, de modo que los cristales líquidos se pueden reorientar (conmutar) esencialmente en el mismo plano, aunque los campos de borde inhiben una reorientación homogénea. Esto requiere dos transistores para cada píxel en lugar del transistor único necesario para una pantalla de transistor de película fina (TFT) estándar. La tecnología IPS se utiliza en todo, desde televisores, monitores de computadora e incluso dispositivos portátiles, especialmente casi todos los paneles LCD de teléfonos inteligentes son de modo IPS / FFS. Las pantallas IPS pertenecen a los tipos de pantalla de la familia de paneles LCD. Los otros dos tipos son VA y TN. Antes de que Hitachi introdujera en el mercado LG Enhanced IPS en el monitor de 17" en 2001, los transistores adicionales bloqueaban una mayor área de transmisión, lo que requería una retroiluminación más brillante y consumía más energía, lo que hacía que este tipo de pantalla fuera menos deseable para las computadoras portátiles. Panasonic Himeji G8.5 utilizaba una versión mejorada de IPS, también LGD en Corea, y en ese momento BOE, el mayor fabricante de paneles LCD del mundo en China, también utiliza un panel de TV en modo IPS/FFS.

Más tarde se introdujo el Super-IPS , después de la conmutación en el plano, con tiempos de respuesta y reproducción del color aún mejores. ^[135]

En 2015, LG Display anunció la implementación de una nueva tecnología llamada M+, que es la adición de subpíxeles blancos junto con los puntos RGB regulares en su tecnología de panel IPS. ^[136]

La mayor parte de la nueva tecnología M+ se empleó en televisores 4K, lo que provocó una controversia después de que las pruebas demostraran que la adición de un subpíxel blanco que reemplazaba la estructura RGB tradicional también había estado acompañada de una reducción de la resolución de alrededor del 25%. Esto significaba que un televisor M+ "4K" no mostraría el estándar UHD TV completo. Los medios de comunicación y los usuarios de Internet los llamaron televisores "RGBW" debido al subpíxel blanco. Aunque LG Display ha desarrollado esta tecnología para su uso en pantallas de portátiles, exteriores y teléfonos inteligentes, se hizo más popular en el mercado de televisores debido a la resolución "4K UHD" anunciada, pero aún así no pudo lograr la verdadera resolución UHD definida por la CTA como 3840x2160 píxeles activos con color de 8 bits. Esto afectó negativamente a la representación del texto, haciéndolo un poco más borroso, lo que se notaba especialmente cuando se usa un televisor como monitor de PC. ^{[137] [138] [139] [140]}

En 2011, LG afirmó que el teléfono inteligente LG Optimus Black (IPS LCD (LCD NOVA)) tiene un brillo de hasta 700 nits , mientras que el competidor solo tiene IPS LCD con 518 nits y el doble de una pantalla OLED de matriz activa (AMOLED) con 305 nits. LG también afirmó que la pantalla NOVA es un 50 por ciento más eficiente que las LCD normales y que consume solo el 50 por ciento de la energía de las pantallas AMOLED al producir blanco en la pantalla. ^[141] Cuando se trata de la relación de contraste, la pantalla AMOLED todavía funciona mejor debido a su tecnología subyacente, donde los niveles de negro se muestran como un negro intenso y no como un gris oscuro. El 24 de agosto de 2011, Nokia anunció el Nokia 701 y también afirmó tener la pantalla más brillante del mundo con 1000 nits. La pantalla también tenía la capa Clearblack de Nokia, mejorando la relación de contraste y acercándola a la de las pantallas AMOLED.

Conocida hasta 2003 como conmutación de campo de flecos (FFS), ^[142] la conmutación avanzada de campo de flecos es similar a IPS o S-IPS y ofrece un rendimiento y una gama de colores superiores con alta luminosidad. AFFS fue desarrollada por Hydis Technologies Co., Ltd, Corea (formalmente Hyundai Electronics, LCD Task Force). ^[143] Las aplicaciones de AFFS para portátiles minimizan la distorsión del color al tiempo que mantienen un ángulo de visión más amplio para una pantalla profesional. El cambio de color y la desviación causados ​​por la fuga de luz se corrigen optimizando la gama de blancos, lo que también mejora la reproducción de blanco/gris. En 2004, Hydis Technologies Co., Ltd otorgó la licencia de AFFS a Hitachi Displays de Japón. Hitachi está utilizando AFFS para fabricar paneles de alta gama. En 2006, HYDIS otorgó la licencia de AFFS a Sanyo Epson Imaging Devices Corporation. Poco después, Hydis presentó una evolución de alta transmitancia de la pantalla AFFS, llamada HFFS (FFS+). Hydis introdujo el AFFS+ con una legibilidad mejorada en exteriores en 2007. Los paneles AFFS se utilizan principalmente en las cabinas de las pantallas de los aviones comerciales más recientes. Sin embargo, ya no se fabrican desde febrero de 2015. ^{[144] [145] [146]}

Las pantallas de alineación vertical son una forma de LCD en la que los cristales líquidos se alinean naturalmente de forma vertical con los sustratos de vidrio. Cuando no se aplica voltaje, los cristales líquidos permanecen perpendiculares al sustrato, creando una pantalla negra entre polarizadores cruzados. Cuando se aplica voltaje, los cristales líquidos cambian a una posición inclinada, lo que permite que la luz pase a través de ellos y crea una pantalla en escala de grises según la cantidad de inclinación generada por el campo eléctrico. Tiene un fondo negro más profundo, una relación de contraste más alta, un ángulo de visión más amplio y una mejor calidad de imagen a temperaturas extremas que las pantallas nemáticas trenzadas tradicionales. ^[147] En comparación con IPS, los niveles de negro son aún más profundos, lo que permite una relación de contraste más alta, pero el ángulo de visión es más estrecho, y el cambio de color y, especialmente, de contraste es más evidente, y el costo de VA es menor que IPS (pero mayor que TN). ^[148]

A principios de 2008 se mostraron como muestras de ingeniería las pantallas LCD de modo de fase azul , pero no se fabrican en serie. La física de las pantallas LCD de modo de fase azul sugiere que se pueden lograr tiempos de conmutación muy cortos (≈1 ms), por lo que es posible lograr un control de color secuencial en el tiempo y los costosos filtros de color quedarían obsoletos. ^{[ cita requerida ]}

Algunos paneles LCD tienen transistores defectuosos , lo que provoca que los píxeles permanezcan encendidos o apagados, lo que comúnmente se conoce como píxeles atascados o píxeles muertos, respectivamente. A diferencia de los circuitos integrados (CI), los paneles LCD con algunos transistores defectuosos suelen seguir utilizándose. Las políticas de los fabricantes sobre la cantidad aceptable de píxeles defectuosos varían mucho. En un momento dado, Samsung mantuvo una política de tolerancia cero para los monitores LCD vendidos en Corea. ^[149] A partir de 2005, Samsung se adhiere a la norma ISO 13406-2,^[actualizar] menos restrictiva . ^[150] Se sabe que otras empresas toleran hasta 11 píxeles muertos en sus políticas. ^[151]

Las políticas sobre píxeles muertos suelen ser motivo de intensos debates entre fabricantes y clientes. Para regular la aceptabilidad de los defectos y proteger al usuario final, la ISO publicó la norma ISO 13406-2 , que quedó obsoleta en 2008 con la publicación de la norma ISO 9241 , específicamente la norma ISO-9241-302, 303, 305, 307:2008 sobre defectos de píxeles. Sin embargo, no todos los fabricantes de LCD cumplen la norma ISO y esta suele interpretarse de diferentes maneras. Los paneles LCD tienen más probabilidades de tener defectos que la mayoría de los circuitos integrados debido a su mayor tamaño. ^[152]

Algunos fabricantes, en particular en Corea del Sur, donde se encuentran algunos de los mayores fabricantes de paneles LCD, como LG, ahora tienen una garantía de cero píxeles defectuosos, que es un proceso de selección adicional que luego puede determinar los paneles de grado "A" y "B". ^{[ investigación original? ]} Muchos fabricantes reemplazarían un producto incluso con un píxel defectuoso. Incluso cuando no existen tales garantías, la ubicación de los píxeles defectuosos es importante. Una pantalla con solo unos pocos píxeles defectuosos puede ser inaceptable si los píxeles defectuosos están cerca uno del otro. Los paneles LCD también suelen tener un defecto conocido como nubosidad , efecto de pantalla sucia o, con menos frecuencia, mura , que implica parches desiguales de luminancia en el panel. Es más visible en áreas oscuras o negras de las escenas mostradas. ^[153] A partir de 2010, ^[actualizar]la mayoría de los fabricantes de paneles LCD de computadora de marca premium especifican que sus productos tienen cero defectos.

El dispositivo biestable cenital (ZBD), desarrollado por Qinetiq (anteriormente DERA ), puede retener una imagen sin energía. Los cristales pueden existir en una de dos orientaciones estables ("negro" y "blanco") y solo se requiere energía para cambiar la imagen. ZBD Displays es una empresa derivada de QinetiQ que fabricó dispositivos ZBD tanto en escala de grises como en color. Kent Displays también ha desarrollado una pantalla "sin energía" que utiliza cristal líquido colestérico estabilizado con polímero (ChLCD). En 2009, Kent demostró el uso de un ChLCD para cubrir toda la superficie de un teléfono móvil, lo que le permite cambiar de color y mantener ese color incluso cuando se corta la energía. ^[154]

En 2004, investigadores de la Universidad de Oxford demostraron dos nuevos tipos de LCD biestables de potencia cero basados ​​en técnicas biestables cenitales. ^[155] Varias tecnologías biestables, como el BTN de 360° y el colestérico biestable, dependen principalmente de las propiedades en masa del cristal líquido (LC) y utilizan un anclaje fuerte estándar, con películas de alineación y mezclas de LC similares a los materiales monoestables tradicionales. Otras tecnologías biestables, por ejemplo , la tecnología BiNem, se basan principalmente en las propiedades de la superficie y necesitan materiales de anclaje débiles específicos.

• Resolución La resolución de una pantalla LCD se expresa por el número de columnas y filas de píxeles (por ejemplo, 1024×768). Cada píxel suele estar compuesto por 3 subpíxeles: uno rojo, uno verde y uno azul. Esta ha sido una de las pocas características del rendimiento de las pantallas LCD que se ha mantenido uniforme entre los distintos diseños. Sin embargo, hay diseños más nuevos que comparten subpíxeles entre los píxeles y añaden Quattron , lo que intenta aumentar de forma eficiente la resolución percibida de una pantalla sin aumentar la resolución real, con resultados mixtos.
• Rendimiento espacial: en el caso de un monitor de ordenador o cualquier otra pantalla que se visualice desde una distancia muy cercana, la resolución suele expresarse en términos de tamaño de punto o píxeles por pulgada, lo que es coherente con la industria de la impresión. La densidad de la pantalla varía según la aplicación: los televisores suelen tener una densidad baja para la visualización a larga distancia y los dispositivos portátiles tienen una densidad alta para los detalles de corto alcance. El ángulo de visión de una pantalla LCD puede ser importante según la pantalla y su uso; las limitaciones de ciertas tecnologías de visualización implican que la pantalla solo se muestre con precisión en ciertos ángulos.
• Rendimiento temporal: la resolución temporal de una pantalla LCD es lo bien que puede mostrar imágenes cambiantes, o la precisión y la cantidad de veces por segundo que la pantalla muestra los datos que se le están proporcionando. Los píxeles de la pantalla LCD no parpadean entre fotogramas, por lo que los monitores LCD no muestran parpadeos inducidos por la actualización, sin importar cuán baja sea la frecuencia de actualización. ^[156] Pero una frecuencia de actualización más baja puede significar artefactos visuales como imágenes superpuestas o borrosas, especialmente con imágenes que se mueven rápidamente. El tiempo de respuesta de cada píxel también es importante, ya que todas las pantallas tienen cierta latencia inherente al mostrar una imagen que puede ser lo suficientemente grande como para crear artefactos visuales si la imagen mostrada cambia rápidamente.
• Rendimiento de color : Existen múltiples términos para describir diferentes aspectos del rendimiento de color de una pantalla. La gama de colores es el rango de colores que se pueden mostrar, y la profundidad de color, que es la finura con la que se divide el rango de colores. La gama de colores es una característica relativamente sencilla, pero rara vez se analiza en los materiales de marketing, excepto a nivel profesional. Tener un rango de color que exceda el contenido que se muestra en la pantalla no tiene beneficios, por lo que las pantallas solo están hechas para funcionar dentro o por debajo del rango de una cierta especificación. ^[157] Hay aspectos adicionales para el color LCD y la gestión del color, como el punto blanco y la corrección gamma , que describen qué es el color blanco y cómo se muestran los otros colores en relación con el blanco.
• Relación de brillo y contraste: la relación de contraste es la relación entre el brillo de un píxel completamente encendido y un píxel completamente apagado. La pantalla LCD en sí es solo una válvula de luz y no genera luz; la luz proviene de una luz de fondo que es fluorescente o un conjunto de LED . El brillo generalmente se expresa como la salida de luz máxima de la pantalla LCD, que puede variar en gran medida según la transparencia de la pantalla LCD y el brillo de la luz de fondo. Una luz de fondo más brillante permite un contraste más fuerte y un rango dinámico más alto ( las pantallas HDR se califican en luminancia máxima), pero siempre hay una compensación entre el brillo y el consumo de energía.

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Algunos de estos problemas se relacionan con pantallas completas, otros con pantallas pequeñas como las de los relojes, etc. Muchas de las comparaciones son con pantallas CRT.

• Muy compacto, delgado y ligero, especialmente en comparación con las pantallas CRT.
• Bajo consumo de energía. Dependiendo del brillo de la pantalla y del contenido que se muestre, los modelos CCFT retroiluminados más antiguos suelen consumir menos de la mitad de la energía que consumiría un monitor CRT del mismo tamaño de área de visualización, y los modelos modernos con retroiluminación LED suelen consumir entre el 10 y el 25 % de la energía que consumiría un monitor CRT. ^[158]
• Se emite poco calor durante el funcionamiento, debido al bajo consumo de energía.
• Sin distorsión geométrica.
• La posible capacidad de tener poco o ningún parpadeo dependiendo de la tecnología de retroiluminación.
• Generalmente no hay parpadeo de la frecuencia de actualización, porque los píxeles del LCD mantienen su estado entre actualizaciones (que generalmente se realizan a 200 Hz o más rápido, independientemente de la frecuencia de actualización de entrada).
• Imagen nítida sin sangrado ni manchas cuando se opera con resolución nativa .
• No emite prácticamente ninguna radiación electromagnética indeseable (en el rango de frecuencia extremadamente baja ), a diferencia de un monitor CRT. ^{[ cita requerida ]}
• Se puede realizar en casi cualquier tamaño o forma.
• No hay límite teórico de resolución. Cuando se utilizan varios paneles LCD juntos para crear un único lienzo, cada panel adicional aumenta la resolución total de la pantalla, lo que comúnmente se denomina resolución apilada. ^[159]
• Se puede realizar en tamaños grandes de más de 80 pulgadas (2 m) de diagonal.
• Las pantallas LCD pueden hacerse transparentes y flexibles , pero no pueden emitir luz sin una luz de fondo como OLED y microLED, que son otras tecnologías que también pueden hacerse flexibles y transparentes. ^{[160] [161] [162] [163]}
• Efecto de enmascaramiento: la rejilla LCD puede enmascarar los efectos de cuantificación espacial y de escala de grises, creando la ilusión de una mayor calidad de imagen. ^[164]
• No se ve afectado por los campos magnéticos, incluido el de la Tierra, a diferencia de la mayoría de los CRT en color.
• Como dispositivo inherentemente digital, la pantalla LCD puede mostrar de forma nativa datos digitales desde una conexión DVI o HDMI sin necesidad de conversión a analógico. Algunos paneles LCD tienen entradas de fibra óptica nativas además de DVI y HDMI. ^[165]
• Muchos monitores LCD funcionan con una fuente de alimentación de 12 V y, si están integrados en una computadora, pueden alimentarse con su fuente de alimentación de 12 V.
• Se puede fabricar con bordes de marco muy estrechos, lo que permite colocar varias pantallas LCD una al lado de la otra para formar lo que parece una pantalla grande.

• Ángulo de visión limitado en algunos monitores más antiguos o más baratos, lo que hace que el color, la saturación, el contraste y el brillo varíen según la posición del usuario, incluso dentro del ángulo de visión previsto. Se pueden utilizar películas especiales para aumentar los ángulos de visión de las pantallas LCD. ^{[166] [167]}
• Retroiluminación desigual en algunos monitores (más común en los tipos IPS y TN más antiguos), lo que provoca distorsión del brillo, especialmente hacia los bordes ("sangrado de la retroiluminación").
• Los niveles de negro pueden no ser tan oscuros como se requiere porque los cristales líquidos individuales no pueden bloquear por completo el paso de toda la luz de fondo.
• El desenfoque de movimiento de la pantalla en objetos en movimiento se debe a tiempos de respuesta lentos (>8 ms) y al seguimiento ocular en una pantalla de muestreo y retención , a menos que se utilice una luz de fondo estroboscópica . Sin embargo, esta luz estroboscópica puede causar fatiga visual, como se indica a continuación:
• A partir de 2012, ^[actualizar]la mayoría de las implementaciones de retroiluminación LCD utilizan modulación de ancho de pulso (PWM) para atenuar la pantalla, ^[168] lo que hace que la pantalla parpadee de forma más aguda (esto no significa visiblemente) que un monitor CRT con una frecuencia de actualización de 85 Hz (esto se debe a que toda la pantalla parpadea de forma intermitente en lugar del punto sostenido de fósforo de un CRT que escanea continuamente la pantalla, dejando alguna parte de la pantalla siempre iluminada), lo que provoca una grave fatiga visual en algunas personas. ^{[169] [170]} Desafortunadamente, muchas de estas personas no saben que su fatiga visual está siendo causada por el efecto estroboscópico invisible de PWM. ^[171] Este problema es peor en muchos monitores con retroiluminación LED , porque los LED se encienden y apagan más rápido que una lámpara CCFL .
• Solo una resolución nativa . Para visualizar cualquier otra resolución se necesita un escalador de video , lo que provoca borrosidad y bordes irregulares, o se ejecuta la pantalla con resolución nativa utilizando un mapeo de píxeles 1:1 , lo que hace que la imagen no llene la pantalla ( pantalla con formato letterbox ) o se salga de los bordes inferiores o derechos de la pantalla.
• Profundidad de bits fija (también llamada profundidad de color). Muchos LCD más económicos solo pueden mostrar 262144 (2 ¹⁸ ) colores. Los paneles S-IPS de 8 bits pueden mostrar 16 millones (2 ²⁴ ) de colores y tienen un nivel de negro significativamente mejor, pero son caros y tienen un tiempo de respuesta más lento.
• Retraso de entrada, porque el convertidor A/D de la pantalla LCD espera a que cada fotograma se haya enviado por completo antes de pasarlo al panel LCD. Muchos monitores LCD realizan un posprocesamiento antes de mostrar la imagen en un intento de compensar la mala fidelidad del color, lo que añade un retraso adicional. Además, se debe utilizar un escalador de vídeo cuando se muestran resoluciones no nativas, lo que añade aún más retraso. El escalado y el posprocesamiento suelen realizarse en un único chip en los monitores modernos, pero cada función que realiza ese chip añade algo de retraso. Algunas pantallas tienen un modo de videojuegos que desactiva todo o la mayor parte del procesamiento para reducir el retraso de entrada perceptible.
• Los píxeles muertos o atascados pueden aparecer durante la fabricación o después de un período de uso. Un píxel atascado brillará con color incluso en una pantalla completamente negra, mientras que uno muerto siempre permanecerá negro.
• Sujeto a efecto de quemado, aunque la causa difiere de CRT y el efecto puede no ser permanente, una imagen estática puede causar quemado en cuestión de horas en pantallas mal diseñadas.
• En una situación de encendido constante, puede ocurrir termalización en caso de una mala gestión térmica, en la que una parte de la pantalla se sobrecalienta y se ve descolorida en comparación con el resto de la pantalla.
• Pérdida de brillo y tiempos de respuesta mucho más lentos en entornos de baja temperatura. En entornos con temperaturas bajo cero, las pantallas LCD pueden dejar de funcionar sin el uso de calefacción adicional.
• Pérdida de contraste en entornos de alta temperatura.

En las pantallas de cristal líquido se utilizan varias familias diferentes de cristales líquidos. Las moléculas utilizadas tienen que ser anisotrópicas y exhibir atracción mutua. Son comunes las moléculas polarizables en forma de varilla ( bifenilos , terfenilos , etc.). Una forma común es un par de anillos de benceno aromáticos, con una fracción no polar (grupo pentilo, heptilo, octilo o alquil oxi) en un extremo y polar (nitrilo, halógeno) en el otro. A veces, los anillos de benceno se separan con un grupo acetileno, etileno, CH=N, CH=NO, N=N, N=NO o un grupo éster. En la práctica, se utilizan mezclas eutécticas de varios productos químicos para lograr un rango de temperatura de funcionamiento más amplio (−10...+60 °C para pantallas de gama baja y −20...+100 °C para pantallas de alto rendimiento). Por ejemplo, la mezcla E7 está compuesta de tres bifenilos y un terfenilo: 39 % en peso de 4'-pentil[1,1'-bifenil]-4-carbonitrilo (rango nemático 24..35 °C), 36 % en peso de 4'-heptil[1,1'-bifenil]-4-carbonitrilo (rango nemático 30..43 °C), 16 % en peso de 4'-octoxi[1,1'-bifenil]-4-carbonitrilo (rango nemático 54..80 °C), y 9 % en peso de 4 -pentil[1,1':4',1 -terfenil]-4-carbonitrilo (rango nemático 131..240 °C). ^[172]

La producción de pantallas LCD utiliza trifluoruro de nitrógeno (NF ₃ ) como fluido de grabado durante la producción de los componentes de película delgada. El NF ₃ es un potente gas de efecto invernadero y su vida media relativamente larga puede convertirlo en un contribuyente potencialmente dañino al calentamiento global . Un informe en Geophysical Research Letters sugirió que sus efectos eran teóricamente mucho mayores que las fuentes más conocidas de gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono . Como el NF ₃ no se usaba ampliamente en ese momento, no se incluyó en el Protocolo de Kioto y se consideró "el gas de efecto invernadero que faltaba". ^[173] El NF ₃ se agregó al Protocolo de Kioto para el segundo período de cumplimiento durante la Ronda de Doha. ^[174]

Los críticos del informe señalan que éste presupone que todo el NF3 _producido se liberaría a la atmósfera. En realidad, la gran mayoría del NF3 _se descompone durante los procesos de limpieza; dos estudios anteriores hallaron que sólo entre el 2 y el 3% del gas escapa a la destrucción después de su uso. ^[175] Además, el informe no comparó los efectos del NF3 _con los del gas al que reemplazó, el perfluorocarbono , otro potente gas de efecto invernadero, del cual entre el 30 y el 70% escapa a la atmósfera en un uso típico. ^[175]

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• Desarrollo de pantallas de cristal líquido: entrevista con George Gray, Universidad de Hull, 2004 – Vídeo de Vega Science Trust.
• Timothy J. Sluckin Historia de los cristales líquidos, una presentación y extractos del libro Cristales que fluyen: Artículos clásicos de la historia de los cristales líquidos .
• David Dunmur y Tim Sluckin (2011) Jabón, ciencia y televisores de pantalla plana: una historia de cristales líquidos , Oxford University Press ISBN 978-0-19-954940-5 . 
• Artamonov, Oleg (23 de enero de 2007). "Parámetros de monitores LCD contemporáneos: análisis objetivo y subjetivo". X-bit labs. Archivado desde el original el 16 de mayo de 2008. Consultado el 17 de mayo de 2008 .
• Descripción general de la tecnología 3LCD, tecnología de presentación
• Animaciones que explican el funcionamiento de los paneles LCD Archivado el 1 de septiembre de 2009 en Wayback Machine.

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Pantallas de cristal líquido .

• Desmontaje del monitor LCD – engineerguyvideo en YouTube
• Historia y propiedades físicas de los cristales líquidos por Nobelprize.org Archivado el 30 de agosto de 2009 en Wayback Machine .
• ¿Qué es una pantalla IPS? Archivado el 26 de mayo de 2022 en Wayback Machine de Newhaven Display
• ¿Qué es una pantalla táctil capacitiva? Archivado el 18 de julio de 2024 en Wayback Machine de BaoBao Technology
• Cómo se fabrican las pantallas TFT-LCD, por AUO Archivado el 8 de marzo de 2021 en Wayback Machine
• Cómo se fabrican las pantallas LCD LTPS (polisilicio de baja temperatura), por AUO Archivado el 6 de junio de 2021 en Wayback Machine