MONITORES LCD

-   Concepto de monitor LCD

Una pantalla de cristal líquido o LCD (sigla del inglés liquid crystal display) es una pantalla delgada y plana formada por un número de píxeles en color o monocromos colocados delante de una fuente de luz o reflectora. A menudo se utiliza en dispositivos electrónicos de pilas, ya que utiliza cantidades muy pequeñas de energía eléctrica.

-Características de monitor LCD

•Píxel: 

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

Pantalla de cristal líquido Twisted Nematic (TN). 

1-Film de filtro vertical para polarizar la luz que entra.

2-Sustrato de vidrio con electrodos de Óxido de Indio ITO. Las formas de los electrodos

 determinan las formas negras que aparecen cuando la pantalla se enciende y apaga. Los cantos verticales de la superficie son suaves.

3-Cristales líquidos "Twisted Nematic" (TN).

4-Sustrato de vidrio con film electrodo común (ITO) con los cantos horizontales para alinearse con el filtro horizontal.

5-Film de filtro horizontal para bloquear/permitir el paso de luz.

6-Superficie reflectante para enviar devolver la luz al espectador. En un LCD retro iluminado, esta capa es reemplazada por una fuente luminosa.

Pantalla de cristal líquido Twisted Nematic (TN). 
Subpixel de un LCD de color.

•Ajuste de las moléculas de cristal líquido: 

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

•Orientación de las moléculas de cristal líquido: 

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

•Aplicación de voltaje:

Cuando se aplica un voltaje a través de los electrodos, se orientan las moléculas de cristal líquido que distorsionan la estructura helicoidal; esto reduce la rotación de la polarización de la luz incidente, y el dispositivo aparece gris. Si la tensión aplicada es lo suficientemente grande, las moléculas de cristal líquido en el centro de la capa son casi completamente desenrolladas y la polarización de la luz incidente no es rotada ya que pasa a través de la capa de cristal líquido. Esta luz será principalmente polarizada perpendicular al segundo filtro, y por eso será bloqueada y el pixel aparecerá negro. Por el control de la tensión aplicada a través de la capa de cristal líquido en cada píxel, la luz se puede permitir pasar a través de distintas cantidades, constituyéndose los diferentes tonos de gris.

•Color en los LCD

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

Los componentes de color pueden colocarse en varias formas geométricas de píxeles, en función del uso del monitor. Si el software sabe qué tipo de geometría se está usando en un LCD concreto, ésta puede usarse para aumentar la resolución del monitor a través de la presentación del subpixel. Esta técnica es especialmente útil para texto anti-aliasing (evitar el efecto de que se tornen indistinguibles las señales continuas distintas cuando se muestrean 

digitalmente).

•Matrices activas y pasivas dirigidas a LCD
Matrices pasivas:

Relojes digitales y calculadoras de bolsillo: 

Utilizan pantallas LCD con un pequeño número de sectores, tienen contactos eléctricos individuales para cada segmento. Un circuito externo dedicado suministra una carga eléctrica para el control de cada segmento. Esta estructura es difícil de visualizar para algunos dispositivos de visualización.

Viejas pantallas de ordenadores portátiles: 

Emplean tecnologías donde cada fila o columna de la pantalla tiene un solo circuito eléctrico. Los pixeles se dirigen a la vez por direcciones de fila y de columna. Este tipo de pantalla se denomina matriz pasiva–dirigida porque el píxel debe conservar su estado entre los períodos de refresco sin beneficiarse de una carga eléctrica constante. A medida que el número de píxeles (y, en consecuencia, columnas y filas) se incrementa, este tipo de pantalla se vuelve menos apropiada. Tiempos de respuesta muy lentos y un contraste bastante pobre son típicos en las matrices pasivas dirigidas a LCD.

Matrices activas:

Dispositivos de color de alta resolución; monitores LCD y televisores: 

La matriz activa está dirigida a dispositivos con un mayor brillo y tamaño que a los que se dirige la matriz pasiva (dirigida a dispositivos de pequeño tamaño, y, en general, que tienen tiempos de respuesta más pequeños, produciendo imágenes mucho mejores).

-Tecnologías de despliegue de imagen de LCD:

•Twisted Nematic(TN)

Las pantallas twisted nematic contienen elementos de cristal líquido con desenrollado y enrollado en diversos grados para permitir que la luz pase a través de ellos. Cuando no se aplica voltaje a una celda de cristal líquido TN, la luz se polariza para pasar a través de la célula. En proporción a la tensión aplicada, las células LC giran hasta 90 grados cambiando la polarización y bloqueando el camino de la luz. Para ajustar correctamente el nivel de la tensión de casi cualquier nivel de gris o la transmisión que se puede lograr.

•In-plane switching (IPS)
In-plane switching es una tecnología LCD que alinea las celdas de cristal líquido en una dirección horizontal. En este método, el campo eléctrico se aplica a través de cada uno de los extremos del cristal, pero esto requiere dos transistores por cada píxel en vez de un transistor que era lo necesario para una pantalla estándar TFT. Esto hace que se produzca un mayor bloqueo del área de transmisión, también requiere un mayor brillo de fondo, el cuál consumirá más energía, haciendo este tipo de pantalla menos deseable para los ordenadores portátiles.

•Vertical alignment (VA)

Las pantallas vertical alignment, VA, son una forma de pantallas LCD en las que el material de cristal líquido se encuentra en un estado vertical eliminando la necesidad de los transistores extras (como en el IPS). Cuando no se aplica voltaje, la celda de cristal líquido, sigue siendo perpendicular al sustrato creando una pantalla negra.

•STN (super- twisted nematic), DSTN(doble capa) y CSTN(color): 
Es un tipo de matriz pasiva monocroma que provee más contraste que la TN por medio del cambio de las moléculas de 180 a 270 grados, las DSTN corregían el problema de cambio de color y las CSTN añaden nueva tecnología color con la utilización de un filtro interno. Requieren menor energía que los TFT LCD, así también proveen de menor calidad tanto de imagen y de tiempo de respuesta. Esta tecnología es utilizada para teléfonos móviles baratos y para las pantallas de algunos productos digitales destinados a brindar información.

•TFT (thin-film transistors):

En dispositivos de color de alta resolución como los modernos monitores LCD y televisores utilizan una estructura de matriz activa. Una matriz de thin-film transistors (TFT) se agrega a la polarización y a los filtros de color. Cada píxel tiene su propio transistor dedicado, que permitirá a cada línea de la columna acceder a un píxel. Cuando una línea de fila está activada, todas las líneas de la columna están conectadas a una fila de píxeles y una correcta tensión de alimentación es impulsada a todas las líneas de la columna. Cuando la línea de fila se desactiva, la siguiente línea de fila es activada. Todas las líneas de la fila se activan secuencialmente durante una operación de actualización.