Visor de cristal líquido

Display de cristal líquido nemático torcido reflexivo

1. Polarizar filme de filtro com um eixo vertical para polarizar a luz à medida que entra.
2. substrato de vidro com eletrodos ITO. As formas destes eletrodos determinarão as formas que aparecerão quando o LCD estiver ligado. Os cumes verticais gravados na superfície são lisos.
3. Cristal líquido nemático torcido.
4. substrato de vidro com filme de eletrodo comum (ITO) com cumes horizontais para alinhar com o filtro horizontal.
5. Polarizar filme de filtro com um eixo horizontal para bloquear/passar luz.
6. Superfície reflexiva para enviar luz de volta ao espectador. (Em um LCD retroiluminado, esta camada é substituída ou complementada com uma fonte de luz.)

Um display de cristal líquido (LCD) é um monitor de tela plana ou outro dispositivo óptico modulado eletronicamente que usa as propriedades de modulação de luz de cristais líquidos combinados com polarizadores. Os cristais líquidos não emitem luz diretamente, mas usam uma luz de fundo ou refletor para produzir imagens coloridas ou monocromáticas. Os LCDs estão disponíveis para exibir imagens arbitrárias (como em uma tela de computador de uso geral) ou imagens fixas com baixo conteúdo de informação, que podem ser exibidas ou ocultadas. Por exemplo: palavras predefinidas, dígitos e exibições de sete segmentos, como em um relógio digital, são todos bons exemplos de dispositivos com essas exibições. Eles usam a mesma tecnologia básica, exceto que as imagens arbitrárias são feitas de uma matriz de pequenos pixels, enquanto outros monitores possuem elementos maiores. Os LCDs podem estar normalmente ligados (positivos) ou desligados (negativos), dependendo do arranjo do polarizador. Por exemplo, um LCD de caracteres positivos com luz de fundo terá letras pretas em um fundo da mesma cor da luz de fundo, e um LCD de caracteres negativos terá um fundo preto com letras da mesma cor da luz de fundo. Filtros ópticos são adicionados ao branco em LCDs azuis para dar a eles sua aparência característica.

Os LCDs são usados em uma ampla gama de aplicações, incluindo televisores LCD, monitores de computador, painéis de instrumentos, displays de cockpit de aeronaves e sinalização interna e externa. Pequenas telas de LCD são comuns em projetores de LCD e dispositivos de consumo portáteis, como câmeras digitais, relógios, calculadoras e telefones celulares, incluindo smartphones. As telas de LCD substituíram as telas de tubo de raios catódicos (CRT) pesadas, volumosas e menos eficientes em quase todas as aplicações. Os fósforos usados nos CRTs os tornam vulneráveis à imagem queimada quando uma imagem estática é exibida em uma tela por um longo tempo, por exemplo, a moldura da mesa para o horário de um voo de uma companhia aérea em uma placa interna. Os LCDs não têm esse ponto fraco, mas ainda são suscetíveis à persistência da imagem.

Características gerais

Uma tela LCD usada como um painel de notificação para viajantes

Cada pixel de um LCD normalmente consiste em uma camada de moléculas alinhadas entre dois eletrodos transparentes, geralmente feitos de óxido de índio-estanho (ITO) e dois filtros polarizadores (polarizadores paralelos e perpendiculares), cujos eixos de transmissão são (na maioria dos casos) perpendiculares entre si. Sem o cristal líquido entre os filtros polarizadores, a luz que passa pelo primeiro filtro seria bloqueada pelo segundo polarizador (cruzado). Antes de um campo elétrico ser aplicado, a orientação das moléculas de cristal líquido é determinada pelo alinhamento nas superfícies dos eletrodos. Em um dispositivo nemático torcido (TN), as direções de alinhamento da superfície nos dois eletrodos são perpendiculares entre si e, portanto, as moléculas se organizam em uma estrutura helicoidal ou torção. Isso induz a rotação da polarização da luz incidente e o dispositivo aparece cinza. Se a tensão aplicada for grande o suficiente, as moléculas de cristal líquido no centro da camada são quase completamente destorcidas e a polarização da luz incidente não é girada ao passar pela camada de cristal líquido. Essa luz será então polarizada principalmente perpendicularmente ao segundo filtro e, portanto, será bloqueada e o pixel aparecerá preto. Ao controlar a voltagem aplicada através da camada de cristal líquido em cada pixel, a luz pode passar em quantidades variáveis, constituindo assim diferentes níveis de cinza.

A fórmula química dos cristais líquidos usados nos LCDs pode variar. Fórmulas podem ser patenteadas. Um exemplo é uma mistura de 2-(4-alcoxifenil)-5-alquilpirimidina com cianobifenil, patenteada pela Merck and Sharp Corporation. A patente que cobria aquela mistura específica expirou.

A maioria dos sistemas LCD coloridos usa a mesma técnica, com filtros de cores usados para gerar subpixels vermelhos, verdes e azuis. Os filtros de cores LCD são feitos com um processo de fotolitografia em grandes placas de vidro que são posteriormente coladas com outras placas de vidro contendo uma matriz de TFT, espaçadores e cristal líquido, criando vários LCDs coloridos que são cortados uns dos outros e laminados com placas polarizadoras. São usados fotorresistentes vermelhos, verdes, azuis e pretos (resiste). Todos os resistentes contêm um pigmento em pó finamente moído, com partículas de apenas 40 nanômetros de diâmetro. O resist preto é o primeiro a ser aplicado; isso criará uma grade preta (conhecida na indústria como matriz preta) que separará os subpixels vermelho, verde e azul uns dos outros, aumentando as taxas de contraste e evitando que a luz vaze de um subpixel para outros subpixels ao redor. Depois que a resistência preta foi seca em um forno e exposta à luz ultravioleta por meio de uma fotomáscara, as áreas não expostas são lavadas, criando uma grade preta. Em seguida, o mesmo processo é repetido com as resistências restantes. Isso preenche os buracos na grade preta com suas resistências coloridas correspondentes. Outro método de geração de cores usado nos primeiros PDAs coloridos e algumas calculadoras foi feito variando a voltagem em um LCD nemático supertorcido, onde a torção variável entre placas espaçadas mais estreitas causa uma birrefringência de dupla refração variável, alterando assim o matiz. Eles eram tipicamente restritos a 3 cores por pixel: laranja, verde e azul.

LCD em uma calculadora Texas Instruments com polarizador superior removido do dispositivo e colocado em cima, de tal forma que os polarizadores superiores e inferiores são perpendiculares. Como resultado, as cores são invertidos.

O efeito ótico de um dispositivo TN no estado ligado é muito menos dependente das variações na espessura do dispositivo do que no estado desligado. Por causa disso, os monitores TN com baixo conteúdo de informação e sem luz de fundo geralmente são operados entre polarizadores cruzados, de modo que pareçam brilhantes sem tensão (o olho é muito mais sensível a variações no estado escuro do que no estado claro). Como a maioria dos LCDs da era de 2010 são usados em aparelhos de televisão, monitores e smartphones, eles têm matrizes de pixels de alta resolução para exibir imagens arbitrárias usando luz de fundo com fundo escuro. Quando nenhuma imagem é exibida, diferentes arranjos são usados. Para isso, os LCDs TN são operados entre polarizadores paralelos, enquanto os LCDs IPS apresentam polarizadores cruzados. Em muitas aplicações, os LCDs IPS substituíram os LCDs TN, principalmente em smartphones. Tanto o material de cristal líquido quanto o material da camada de alinhamento contêm compostos iônicos. Se um campo elétrico de uma determinada polaridade for aplicado por um longo período de tempo, esse material iônico é atraído para as superfícies e degrada o desempenho do dispositivo. Isso é evitado aplicando uma corrente alternada ou invertendo a polaridade do campo elétrico conforme o dispositivo é endereçado (a resposta da camada de cristal líquido é idêntica, independentemente da polaridade do campo aplicado).

Um relógio digital Casio Alarm Chrono com LCD

Exibições para um pequeno número de dígitos individuais ou símbolos fixos (como em relógios digitais e calculadoras de bolso) podem ser implementadas com eletrodos independentes para cada segmento. Em contraste, exibições gráficas alfanuméricas ou variáveis são geralmente implementadas com pixels organizados como uma matriz que consiste em linhas conectadas eletricamente em um lado da camada LC e colunas no outro lado, o que torna possível endereçar cada pixel nas interseções. O método geral de endereçamento de matriz consiste em endereçar sequencialmente um lado da matriz, por exemplo, selecionando as linhas uma a uma e aplicando as informações de imagem no outro lado nas colunas linha por linha. Para obter detalhes sobre os vários esquemas de endereçamento de matriz, consulte LCDs endereçados a matriz passiva e matriz ativa.

Os LCDs são fabricados em salas limpas, emprestando técnicas de fabricação de semicondutores e usando grandes folhas de vidro cujo tamanho aumentou com o tempo. Vários monitores são fabricados ao mesmo tempo e depois cortados da folha de vidro, também conhecida como vidro-mãe ou substrato de vidro LCD. O aumento no tamanho permite que mais telas ou telas maiores sejam feitas, assim como com o aumento dos tamanhos de wafer na fabricação de semicondutores. Os tamanhos de vidro são os seguintes:

Até a geração 8, os fabricantes não concordavam com um único tamanho de vidro mãe e, como resultado, diferentes fabricantes usavam tamanhos de vidro ligeiramente diferentes para a mesma geração. Alguns fabricantes adotaram folhas de vidro mãe Gen 8.6 que são apenas ligeiramente maiores que Gen 8.5, permitindo que mais LCDs de 50 e 58 polegadas sejam feitos por vidro mãe, especialmente LCDs de 58 polegadas, caso em que 6 podem ser produzidos em uma mãe Gen 8.6 vidro contra apenas 3 em um vidro mãe Gen 8.5, reduzindo significativamente o desperdício. A espessura do vidro principal também aumenta a cada geração, portanto, tamanhos maiores de vidro principal são mais adequados para telas maiores. Um Módulo LCD (LCM) é um LCD pronto para uso com luz de fundo. Assim, uma fábrica que fabrica Módulos LCD não necessariamente fabrica LCDs, pode apenas montá-los nos módulos. Os substratos de vidro LCD são fabricados por empresas como AGC Inc., Corning Inc. e Nippon Electric Glass.

História

As origens e a história complexa dos monitores de cristal líquido da perspectiva de um insider durante os primeiros dias foram descritas por Joseph A. Castellano em Liquid Gold: The Story of Liquid Crystal Displays and the Creation of an Industry . Outro relatório sobre as origens e a história do LCD de uma perspectiva diferente até 1991 foi publicado por Hiroshi Kawamoto, disponível no IEEE History Center. Uma descrição das contribuições suíças para o desenvolvimento do LCD, escrita por Peter J. Wild, pode ser encontrada no Engineering and Technology History Wiki.

Fundo

Em 1888, Friedrich Reinitzer (1858–1927) descobriu a natureza líquida cristalina do colesterol extraído das cenouras (ou seja, dois pontos de fusão e geração de cores) e publicou suas descobertas em uma reunião da Sociedade Química de Viena em 3 de maio, 1888 (F. Reinitzer: Beiträge zur Kenntniss des Cholesterins, Monatshefte für Chemie (Wien) 9, 421–441 (1888)). Em 1904, Otto Lehmann publicou sua obra "Flüssige Kristalle" (Cristais Líquidos). Em 1911, Charles Mauguin experimentou pela primeira vez cristais líquidos confinados entre placas em camadas finas.

Em 1922, Georges Friedel descreveu a estrutura e as propriedades dos cristais líquidos e os classificou em três tipos (nemáticos, esméticos e colestéricos). Em 1927, Vsevolod Frederiks desenvolveu a válvula de luz comutada eletricamente, chamada de transição Fréedericksz, o efeito essencial de toda a tecnologia LCD. Em 1936, a empresa Marconi Wireless Telegraph patenteou a primeira aplicação prática da tecnologia, "The Liquid Crystal Light Valve". Em 1962, a primeira grande publicação em inglês Estrutura Molecular e Propriedades de Cristais Líquidos foi publicada pelo Dr. George W. Gray. Em 1962, Richard Williams da RCA descobriu que os cristais líquidos tinham algumas características eletro-ópticas interessantes e ele percebeu um efeito eletro-óptico gerando padrões de listras em uma fina camada de material de cristal líquido pela aplicação de uma voltagem. Este efeito é baseado em uma instabilidade eletro-hidrodinâmica formando o que hoje é chamado de "domínios de Williams" dentro do cristal líquido.

Com base nos primeiros MOSFETs, Paul K. Weimer, da RCA, desenvolveu o transistor de filme fino (TFT) em 1962. Era um tipo de MOSFET distinto do MOSFET em massa padrão.

Década de 1960

Em 1964, George H. Heilmeier, então trabalhando nos laboratórios da RCA no efeito descoberto por Williams, conseguiu a troca de cores por realinhamento induzido por campo de corantes dicróicos em um cristal líquido orientado homeotropicamente. Problemas práticos com este novo efeito eletro-óptico fizeram com que Heilmeier continuasse a trabalhar em efeitos de espalhamento em cristais líquidos e, finalmente, a conquista do primeiro visor de cristal líquido operacional baseado no que ele chamou de modo de espalhamento dinâmico (DSM). A aplicação de uma voltagem a um display DSM muda a camada de cristal líquido inicialmente transparente para um estado turvo leitoso. Os monitores DSM podiam ser operados em modo transmissivo e reflexivo, mas exigiam uma corrente considerável para fluir para sua operação. George H. Heilmeier foi introduzido no National Inventors Hall of Fame e creditado com a invenção de LCDs. O trabalho de Heilmeier é um marco do IEEE.

No final dos anos 1960, um trabalho pioneiro em cristais líquidos foi realizado pelo Royal Radar Establishment do Reino Unido em Malvern, Inglaterra. A equipe da RRE apoiou o trabalho em andamento de George William Gray e sua equipe na Universidade de Hull, que finalmente descobriram os cristais líquidos cianobifenil, que tinham estabilidade e propriedades de temperatura corretas para aplicação em LCDs.

A ideia de um display de cristal líquido (LCD) baseado em TFT foi concebida por Bernard Lechner, da RCA Laboratories, em 1968. Lechner, F.J. Marlowe, E.O. Nester e J. Tults demonstraram o conceito em 1968 com um LCD de modo de dispersão dinâmica de matriz 18x2 (DSM) que usava MOSFETs discretos padrão.

Década de 1970

Em 4 de dezembro de 1970, o efeito de campo nemático torcido (TN) em cristais líquidos foi registrado para patente por Hoffmann-LaRoche na Suíça, (patente suíça nº 532 261) com Wolfgang Helfrich e Martin Schadt (então trabalhando para o Central Research Laboratories) listados como inventores. Hoffmann-La Roche licenciou a invenção para o fabricante suíço Brown, Boveri & Cie, seu parceiro de joint venture na época, que produziu displays TN para relógios de pulso e outras aplicações durante a década de 1970 para os mercados internacionais, incluindo a indústria eletrônica japonesa, que logo produziu os primeiros relógios de pulso digitais de quartzo com TN-LCDs e vários outros produtos. James Fergason, enquanto trabalhava com Sardari Arora e Alfred Saupe no Kent State University Liquid Crystal Institute, registrou uma patente idêntica nos Estados Unidos em 22 de abril de 1971. Em 1971, a empresa de Fergason, ILIXCO (agora LXD Incorporated), produziu LCDs baseado no efeito TN, que logo substituiu os tipos DSM de baixa qualidade devido a melhorias em tensões operacionais mais baixas e menor consumo de energia. Tetsuro Hama e Izuhiko Nishimura da Seiko receberam uma patente nos Estados Unidos datada de fevereiro de 1971, para um relógio de pulso eletrônico incorporando um TN-LCD. Em 1972, o primeiro relógio de pulso com TN-LCD foi lançado no mercado: o Gruen Teletime, que era um relógio com visor de quatro dígitos.

Em 1972, o conceito do painel de exibição de cristal líquido de transistor de filme fino de matriz ativa (TFT) foi prototipado nos Estados Unidos pela equipe de T. Peter Brody na Westinghouse, em Pittsburgh, Pensilvânia. Em 1973, Brody, J. A. Asars e G. D. Dixon, da Westinghouse Research Laboratories, demonstraram o primeiro display de cristal líquido de transistor de película fina (TFT LCD). A partir de 2013, todos os dispositivos modernos de exibição visual eletrônica de alta resolução e alta qualidade usam exibições de matriz ativa baseadas em TFT. Brody e Fang-Chen Luo demonstraram a primeira tela plana de cristal líquido de matriz ativa (AM LCD) em 1974, e então Brody cunhou o termo "matriz ativa" em 1975.

Em 1972, a North American Rockwell Microelectronics Corp introduziu o uso de LCDs DSM para calculadoras para marketing pela Lloyds Electronics Inc, embora estas exigissem uma fonte de luz interna para iluminação. A Sharp Corporation seguiu com os LCDs DSM para calculadoras de bolso em 1973 e os LCDs TN produzidos em massa para relógios em 1975. Outras empresas japonesas logo assumiram uma posição de liderança no mercado de relógios de pulso, como a Seiko e seu primeiro quartzo TN-LCD de 6 dígitos. relógio de pulso e 'Casiotron' da Casio. Os LCDs coloridos baseados na interação Guest-Host foram inventados por uma equipe da RCA em 1968. Um tipo específico de LCD colorido foi desenvolvido pela Sharp Corporation do Japão na década de 1970, recebendo patentes para suas invenções, como uma patente de Shinji Kato e Takaaki Miyazaki em maio de 1975, e depois aprimorada por Fumiaki Funada e Masataka Matsuura em dezembro de 1975. LCDs TFT semelhantes aos protótipos desenvolvidos por uma equipe da Westinghouse em 1972 foram patenteados em 1976 por uma equipe na Sharp consistindo em Fumiaki Funada, Masataka Matsuura e Tomio Wada, então melhorado em 1977 por uma equipe Sharp composta por Kohei Kishi, Hirosaku Nonomura, Keiichiro Shimizu e Tomio Wada. No entanto, esses TFT-LCDs ainda não estavam prontos para uso em produtos, pois os problemas com os materiais dos TFTs ainda não foram resolvidos.

1980

Em 1983, pesquisadores da Brown, Boveri & Cie (BBC) Research Center, Suíça, inventou a estrutura nemática super torcida (STN) para LCDs endereçados por matriz passiva. H. Amstutz et ai. foram listados como inventores nos pedidos de patente correspondentes depositados na Suíça em 7 de julho de 1983 e 28 de outubro de 1983. As patentes foram concedidas na Suíça CH 665491, Europa EP 0131216, EUA Patente 4.634.229 e muitos outros países. Em 1980, Brown Boveri iniciou uma joint venture 50/50 com a empresa holandesa Philips, chamada Videlec. A Philips tinha o know-how necessário para projetar e construir circuitos integrados para o controle de grandes painéis LCD. Além disso, a Philips tinha melhor acesso aos mercados de componentes eletrônicos e pretendia usar LCDs em novas gerações de produtos de alta fidelidade, equipamentos de vídeo e telefones. Em 1984, os pesquisadores da Philips Theodorus Welzen e Adrianus de Vaan inventaram um esquema de velocidade de vídeo que resolveu o tempo de resposta lento dos STN-LCDs, permitindo imagens de vídeo de alta resolução, alta qualidade e movimentos suaves em STN-LCDs. Em 1985, os inventores da Philips Theodorus Welzen e Adrianus de Vaan resolveram o problema de conduzir STN-LCDs de alta resolução usando componentes eletrônicos de baixa voltagem (baseados em CMOS), permitindo a aplicação de painéis LCD de alta qualidade (alta resolução e velocidade de vídeo). em produtos portáteis operados por bateria, como notebooks e telefones celulares. Em 1985, a Philips adquiriu 100% da empresa Videlec AG com sede na Suíça. Posteriormente, a Philips transferiu as linhas de produção da Videlec para a Holanda. Anos depois, a Philips produziu e comercializou com sucesso módulos completos (consistindo na tela LCD, microfone, alto-falantes, etc.) em produção de alto volume para a crescente indústria de telefonia móvel.

Os primeiros televisores LCD coloridos foram desenvolvidos como televisores portáteis no Japão. Em 1980, o grupo de P&D da Hattori Seiko iniciou o desenvolvimento de televisores de bolso LCD coloridos. Em 1982, a Seiko Epson lançou a primeira televisão LCD, o Epson TV Watch, um relógio de pulso equipado com uma pequena televisão LCD de matriz ativa. A Sharp Corporation introduziu o TN-LCD matricial em 1983. Em 1984, a Epson lançou o ET-10, o primeiro televisor LCD de bolso colorido. No mesmo ano, a Citizen Watch lançou a Citizen Pocket TV, uma TV LCD colorida de 2,7 polegadas, com o primeiro TFT LCD comercial. Em 1988, a Sharp demonstrou um TFT-LCD de 14 polegadas, de matriz ativa, totalmente colorido e totalmente em movimento. Isso levou o Japão a lançar uma indústria de LCD, que desenvolveu LCDs de grande porte, incluindo monitores de computador TFT e televisores LCD. A Epson desenvolveu a tecnologia de projeção 3LCD na década de 1980 e a licenciou para uso em projetores em 1988. O VPJ-700 da Epson, lançado em janeiro de 1989, foi o primeiro projetor LCD colorido e compacto do mundo.

Década de 1990

Em 1990, sob diferentes títulos, os inventores conceberam efeitos eletro-ópticos como alternativas para LCDs de efeito de campo nemático torcido (LCDs TN e STN). Uma abordagem foi usar eletrodos interdigitais em um substrato de vidro apenas para produzir um campo elétrico essencialmente paralelo aos substratos de vidro. Para aproveitar ao máximo as propriedades desta tecnologia In Plane Switching (IPS), mais trabalho foi necessário. Após uma análise minuciosa, detalhes de modalidades vantajosas são arquivados na Alemanha por Guenter Baur et al. e patenteados em vários países. O Fraunhofer Institute ISE em Freiburg, onde os inventores trabalharam, atribui essas patentes à Merck KGaA, Darmstadt, um fornecedor de substâncias LC. Em 1992, pouco tempo depois, os engenheiros da Hitachi elaboraram vários detalhes práticos da tecnologia IPS para interconectar a matriz de transistores de película fina como uma matriz e evitar campos indesejados entre os pixels.

A Hitachi também melhorou ainda mais a dependência do ângulo de visão otimizando o formato dos eletrodos (Super IPS). A NEC e a Hitachi se tornaram as primeiras fabricantes de LCDs endereçados a matriz ativa baseados na tecnologia IPS. Este é um marco para a implementação de LCDs de tela grande com desempenho visual aceitável para monitores de computador de tela plana e telas de televisão. Em 1996, a Samsung desenvolveu a técnica de padronização ótica que permite o LCD multidomínio. Subseqüentemente, a comutação em vários domínios e no plano permaneceu como os projetos de LCD dominantes até 2006. No final dos anos 1990, a indústria de LCD começou a mudar do Japão para a Coréia do Sul e Taiwan e, posteriormente, para a China.

2000–2010

Em 2007, a qualidade de imagem das televisões LCD ultrapassou a qualidade de imagem das TVs baseadas em tubos de raios catódicos (CRT). No quarto trimestre de 2007, os televisores LCD ultrapassaram os televisores CRT em vendas mundiais pela primeira vez. As TVs LCD foram projetadas para responder por 50% dos 200 milhões de TVs a serem vendidas globalmente em 2006, de acordo com o Displaybank. Em outubro de 2011, a Toshiba anunciou 2560 × 1600 pixels em um painel LCD de 6,1 polegadas (155 mm), adequado para uso em um tablet, especialmente para exibição de caracteres chineses. A década de 2010 também viu a ampla adoção do TGP (Tracking Gate-line in Pixel), que move o circuito de condução das bordas da tela para entre os pixels, permitindo molduras estreitas.

Em 2016, a Panasonic desenvolveu LCDs IPS com uma taxa de contraste de 1.000.000:1, rivalizando com os OLEDs. Essa tecnologia foi mais tarde colocada em produção em massa como LCDs de camada dupla, painel duplo ou LMCL (Light Modulated Cell Layer). A tecnologia usa 2 camadas de cristal líquido em vez de uma e pode ser usada junto com uma luz de fundo mini-LED e folhas de pontos quânticos.

Iluminação

Como os LCDs não produzem luz própria, eles precisam de luz externa para produzir uma imagem visível. Em um tipo transmissivo de LCD, a fonte de luz é fornecida na parte de trás da pilha de vidro e é chamada de luz de fundo. Os LCDs de matriz ativa são quase sempre retroiluminados. Os LCDs passivos podem ser retroiluminados, mas muitos usam um refletor na parte de trás da pilha de vidro para utilizar a luz ambiente. Os LCDs transfletivos combinam os recursos de um display transmissivo retroiluminado e um display refletivo.

As implementações comuns da tecnologia de retroiluminação LCD são:

18 CCFLs paralelos como luz de fundo para uma TV LCD de 42 polegadas (106 cm)

• CCFL: O painel LCD é iluminado por duas lâmpadas fluorescentes de cátodo frio colocadas em bordas opostas da exposição ou uma matriz de CCFLs paralelos atrás de telas maiores. Um difusor (feito de plástico acrílico PMMA, também conhecido como uma onda ou luz guia / placa guia) então espalha a luz uniformemente através de toda a tela. Durante muitos anos, essa tecnologia tinha sido usada quase exclusivamente. Ao contrário dos LEDs brancos, a maioria dos CCFLs tem uma saída espectral uniforme-branco, resultando em uma melhor gama de cores para a tela. No entanto, CCFLs são menos eficientes em energia do que LEDs e exigem um inversor um pouco caro para converter qualquer tensão DC que o dispositivo usa (geralmente 5 ou 12 V) para ≈1000 V necessário para acender um CCFL. A espessura dos transformadores do inversor também limita o quão fino o visor pode ser feito.
• EL-WLED: O painel LCD é iluminado por uma linha de LEDs brancos colocados em uma ou mais bordas da tela. Um difusor de luz (placa de guia leve, LGP) é então usado para espalhar a luz uniformemente através de toda a tela, similarmente a luz de fundo CCFL LCD. O difusor é feito de qualquer plástico PMMA ou vidro especial, PMMA é usado na maioria dos casos porque é resistente, enquanto o vidro especial é usado quando a espessura do LCD é de preocupação primária, porque não se expande tanto quando aquecido ou exposto à umidade, o que permite que os LCDs sejam apenas 5mm de espessura. Os pontos quânticos podem ser colocados em cima do difusor como um filme de realce de ponto quântico (QDEF, em que caso eles precisam de uma camada para ser protegido de calor e umidade) ou no filtro de cor do LCD, substituindo as resistências que são normalmente utilizadas. A partir de 2012, este design é o mais popular em monitores de computador desktop. Ele permite para as telas mais finas. Alguns monitores LCD usando esta tecnologia têm um recurso chamado contraste dinâmico, inventado pelos pesquisadores da Philips Douglas Stanton, Martinus Stroomer e Adrianus de Vaan Usando PWM (modulação de largura de impulso, uma tecnologia onde a intensidade dos LEDs são mantidos constantes, mas o ajuste de brilho é alcançado através da variação de um intervalo de tempo de piscar essas fontes de luz de intensidade de luz constantes), a luz de fundo é dimmed à cor mais brilhante que aparece na tela de contraste Uma vez que as imagens de tela de computador geralmente têm branco completo em algum lugar na imagem, a luz de fundo geralmente estará em plena intensidade, tornando esta "feature" principalmente um gimmick de marketing para monitores de computador, no entanto, para telas de TV ele aumenta drasticamente a relação de contraste percebida e gama dinâmica, melhora a dependência de ângulo de visão e reduz drasticamente o consumo de energia de televisões LCD convencionais.
• array WLED: O painel LCD é iluminado por uma matriz completa de LEDs brancos colocados atrás de um difusor atrás do painel. Os LCDs que usam esta implementação geralmente terão a capacidade de diminuir ou desligar completamente os LEDs nas áreas escuras da imagem que está sendo exibida, efetivamente aumentando a relação de contraste da tela. A precisão com que isso pode ser feito dependerá do número de zonas de escurecimento do visor. As zonas de escurecimento mais precisas, com artefatos de floração menos óbvios que são visíveis como manchas cinzentas escuras cercadas pelas áreas não iluminadas do LCD. A partir de 2012, este design obtém a maior parte do seu uso de televisões LCD de grande escala.
• array RGB-LED: Semelhante ao array WLED, exceto o painel é iluminado por uma matriz completa de LEDs RGB. Enquanto as telas iluminadas com LEDs brancos geralmente têm uma gama de cores mais baixa do que as telas iluminadas CCFL, os painéis iluminados com LEDs RGB têm gamas de cores muito amplas. Esta implementação é mais popular em LCDs de edição de gráficos profissionais. A partir de 2012, os LCDs nesta categoria geralmente custam mais de $1000. A partir de 2016 o custo desta categoria reduziu drasticamente e tais televisões LCD obteve os mesmos níveis de preço que as antigas 28" (71 cm) categorias baseadas em TRC.
• LEDs monocromáticos: tais como LEDs vermelhos, verdes, amarelos ou azuis são usados nos pequenos LCDs monocromáticos passivos tipicamente utilizados em relógios, relógios e pequenos aparelhos.
• Mini-LED: O retroiluminação com Mini-LEDs pode suportar mais de mil zonas de escurecimento de área local (FLAD). Isso permite que negros mais profundos e maior relação de contraste.

Atualmente, a maioria das telas LCD está sendo projetada com retroiluminação de LED em vez da tradicional retroiluminação CCFL, enquanto essa retroiluminação é controlada dinamicamente com as informações de vídeo (controle dinâmico de retroiluminação). A combinação com o controle dinâmico de luz de fundo, inventado pelos pesquisadores da Philips Douglas Stanton, Martinus Stroomer e Adrianus de Vaan, aumenta simultaneamente a faixa dinâmica do sistema de exibição (também comercializado como HDR, alta faixa dinâmica televisão ou FLAD, dimming de área total).

Os sistemas de retroiluminação do LCD são altamente eficientes através da aplicação de filmes ópticos, como estrutura prismática (folha de prisma) para obter a luz nas direções desejadas do visualizador e filmes de polarização reflexiva que reciclam a luz polarizada que foi anteriormente absorvida pelo primeiro polarizador de o LCD (inventado pelos pesquisadores da Philips Adrianus de Vaan e Paulus Schaareman), geralmente obtido usando os chamados filmes DBEF fabricados e fornecidos pela 3M. As versões melhoradas da folha de prisma têm uma estrutura ondulada em vez de prismática e introduzem ondas lateralmente na estrutura da folha, ao mesmo tempo em que variam a altura das ondas, direcionando ainda mais luz para a tela e reduzindo o aliasing ou moiré entre a estrutura de a folha de prisma e os subpixels do LCD. Uma estrutura ondulada é mais fácil de produzir em massa do que uma prismática usando máquinas-ferramentas de diamante convencionais, que são usadas para fazer os rolos usados para imprimir a estrutura ondulada em folhas de plástico, produzindo assim folhas de prisma. Uma folha difusora é colocada em ambos os lados da folha de prisma para tornar a luz de fundo uniforme, enquanto um espelho é colocado atrás da placa guia de luz para direcionar toda a luz para frente. A folha de prisma com suas folhas difusoras são colocadas no topo da placa guia de luz. Os polarizadores DBEF consistem em uma grande pilha de filmes birrefringentes orientados uniaxialmente que refletem o antigo modo de polarização absorvida da luz. Esses polarizadores reflexivos usando cristais líquidos polimerizados orientados uniaxialmente (polímeros birrefringentes ou cola birrefringente) foram inventados em 1989 pelos pesquisadores da Philips Dirk Broer, Adrianus de Vaan e Joerg Brambring. A combinação de tais polarizadores reflexivos e o controle dinâmico de retroiluminação LED tornam as televisões LCD de hoje muito mais eficientes do que os aparelhos baseados em CRT, levando a uma economia mundial de energia de 600 TWh (2017), equivalente a 10% da eletricidade consumo de todas as residências em todo o mundo ou igual a 2 vezes a produção de energia de todas as células solares do mundo.

Conexão com outros circuitos

Um conector elastómero cor-de-rosa acasalando um painel LCD para os traços da placa de circuito, mostrado ao lado de uma régua centímetro-escala. As camadas condutoras e isolantes na faixa preta são muito pequenas.

Uma tela de receptor de televisão padrão, um painel LCD moderno, tem mais de seis milhões de pixels e todos são alimentados individualmente por uma rede de fios embutida na tela. Os fios finos, ou caminhos, formam uma grade com fios verticais em toda a tela de um lado da tela e fios horizontais em toda a tela do outro lado da tela. Para esta grade, cada pixel tem uma conexão positiva de um lado e uma conexão negativa do outro lado. Portanto, a quantidade total de fios necessários para uma exibição de 1080p é de 3 x 1920 na vertical e 1080 na horizontal, totalizando 6840 fios na horizontal e na vertical. São três para vermelho, verde e azul e 1.920 colunas de pixels para cada cor, totalizando 5.760 fios na vertical e 1.080 linhas de fios na horizontal. Para um painel com 28,8 polegadas (73 centímetros) de largura, isso significa uma densidade de fio de 200 fios por polegada ao longo da borda horizontal.

O painel LCD é alimentado por drivers de LCD que são cuidadosamente combinados com a borda do painel LCD no nível de fábrica. Os drivers podem ser instalados usando vários métodos, sendo os mais comuns COG (Chip-On-Glass) e TAB (Tape-automated bonding). Esses mesmos princípios também se aplicam a telas de smartphones que são muito menores que as telas de TV. Os painéis LCD normalmente usam caminhos condutores metálicos com revestimento fino em um substrato de vidro para formar o circuito celular para operar o painel. Geralmente não é possível usar técnicas de soldagem para conectar diretamente o painel a uma placa de circuito gravada em cobre separada. Em vez disso, a interface é realizada usando filme condutivo anisotrópico ou, para densidades mais baixas, conectores elastoméricos.

Matriz passiva

Protótipo de um STN-LCD de matriz passiva com 540×270 pixels, Brown Boveri Research, Suíça, 1984

Os LCDs de matriz passiva coloridos monocromáticos e posteriores eram padrão na maioria dos primeiros laptops (embora alguns exibissem plasma) e no Nintendo Game Boy original até meados da década de 1990, quando a matriz ativa colorida tornou-se padrão em todos os laptops. O comercialmente malsucedido Macintosh Portable (lançado em 1989) foi um dos primeiros a usar uma tela de matriz ativa (embora ainda monocromática). Os LCDs de matriz passiva ainda são usados na década de 2010 para aplicações menos exigentes do que laptops e TVs, como calculadoras baratas. Em particular, eles são usados em dispositivos portáteis onde menos conteúdo de informação precisa ser exibido, menor consumo de energia (sem luz de fundo) e baixo custo são desejados ou é necessária legibilidade sob luz solar direta.

Uma comparação entre uma exibição passiva-matriz em branco (top) e uma exibição em branco active-matrix (bottom). Uma exibição passiva-matriz pode ser identificada quando o fundo em branco é mais cinza na aparência do que a exibição de matriz ativa mais nítida, a névoa aparece em todas as bordas da tela, e enquanto as imagens parecem estar desaparecendo na tela.

Os monitores com uma estrutura de matriz passiva estão empregando nemático supertorcido STN (inventado pelo Brown Boveri Research Center, Baden, Suíça, em 1983; detalhes científicos foram publicados) ou STN de camada dupla (tecnologia DSTN) (o último dos quais aborda um problema de mudança de cor com o primeiro) e cor-STN (CSTN) em que a cor é adicionada usando um filtro interno. LCDs STN foram otimizados para endereçamento de matriz passiva. Eles exibem um limite mais nítido da característica de contraste versus tensão do que os LCDs TN originais. Isso é importante porque os pixels estão sujeitos a tensões parciais mesmo quando não selecionados. A diafonia entre pixels ativados e não ativados deve ser tratada adequadamente, mantendo a tensão RMS de pixels não ativados abaixo da tensão limite, conforme descoberto por Peter J. Wild em 1972, enquanto os pixels ativados são submetidos a tensões acima do limite (as tensões de acordo com para o esquema de unidade "Alt & Pleshko"). Dirigindo tais exibições STN de acordo com o Alt & O esquema de acionamento Pleshko requer tensões de endereçamento de linha muito altas. Welzen e de Vaan inventaram um esquema de acionamento alternativo (um esquema de acionamento não "Alt & Pleshko") que requer tensões muito mais baixas, de modo que o display STN possa ser acionado usando tecnologias CMOS de baixa tensão.

Os LCDs STN devem ser continuamente atualizados por voltagens pulsadas alternadas de uma polaridade durante um quadro e pulsos de polaridade oposta durante o próximo quadro. Os pixels individuais são endereçados pelos circuitos de linha e coluna correspondentes. Esse tipo de exibição é chamado de endereçamento de matriz passiva, porque o pixel deve reter seu estado entre as atualizações sem o benefício de uma carga elétrica estável. À medida que o número de pixels (e, correspondentemente, colunas e linhas) aumenta, esse tipo de exibição se torna menos viável. Tempos de resposta lentos e baixo contraste são típicos de LCDs endereçados de matriz passiva com muitos pixels e conduzidos de acordo com o padrão "Alt & Pleshko" esquema de acionamento. Welzen e de Vaan também inventaram um esquema de acionamento não RMS que permite acionar monitores STN com taxas de vídeo e permitir a exibição de imagens de vídeo em movimento suave em um monitor STN. A Citizen, entre outros, licenciou estas patentes e introduziu com sucesso vários televisores de bolso LCD baseados em STN no mercado

Os LCDs biestáveis não requerem atualização contínua. A regravação só é necessária para alterações nas informações da imagem. Em 1984, HA van Sprang e AJSM de Vaan inventaram um display do tipo STN que podia ser operado em um modo biestável, permitindo imagens de resolução extremamente alta de até 4.000 linhas ou mais usando apenas baixas tensões. Como um pixel pode estar no estado ativado ou desativado no momento em que novas informações precisam ser gravadas naquele pixel específico, o método de endereçamento dessas exibições biestáveis é bastante complexo, uma razão pela qual essas exibições não o fizeram. ao mercado. Isso mudou quando em 2010 "zero-power" LCDs (bisestáveis) tornaram-se disponíveis. Potencialmente, o endereçamento de matriz passiva pode ser usado com dispositivos se suas características de gravação/apagamento forem adequadas, o que foi o caso de ebooks que precisam mostrar apenas imagens estáticas. Depois que uma página é gravada no visor, o visor pode ser cortado da energia enquanto retém imagens legíveis. Isto tem a vantagem de tais ebooks poderem ser operados por longos períodos de tempo alimentados apenas por uma pequena bateria.

Displays coloridos de alta resolução, como monitores de computador LCD modernos e televisões, usam uma estrutura de matriz ativa. Uma matriz de transistores de filme fino (TFTs) é adicionada aos eletrodos em contato com a camada LC. Cada pixel tem seu próprio transistor dedicado, permitindo que cada linha de coluna acesse um pixel. Quando uma linha de linha é selecionada, todas as linhas de coluna são conectadas a uma linha de pixels e as tensões correspondentes à informação da imagem são direcionadas para todas as linhas de coluna. A linha de linha é então desativada e a próxima linha de linha é selecionada. Todas as linhas de linha são selecionadas em sequência durante uma operação de atualização. Os monitores endereçados de matriz ativa parecem mais claros e nítidos do que os monitores endereçados de matriz passiva do mesmo tamanho e geralmente têm tempos de resposta mais rápidos, produzindo imagens muito melhores. A Sharp produz LCDs reflexivos biestáveis com uma célula SRAM de 1 bit por pixel que requer apenas pequenas quantidades de energia para manter uma imagem.

Os LCDs de segmento também podem ter cores usando o Field Sequential Color (LCD FSC). Este tipo de monitor possui um painel LCD de segmento passivo de alta velocidade com retroiluminação RGB. A luz de fundo muda rapidamente de cor, fazendo com que pareça branca a olho nu. O painel LCD é sincronizado com a luz de fundo. Por exemplo, para fazer um segmento aparecer vermelho, o segmento só é ligado quando a luz de fundo é vermelha, e para fazer um segmento parecer magenta, o segmento é ligado quando a luz de fundo é azul e continua ligado enquanto a luz de fundo fica vermelho e desliga quando a luz de fundo fica verde. Para fazer um segmento parecer preto, o segmento está sempre ligado. Um FSC LCD divide uma imagem colorida em 3 imagens (uma vermelha, uma verde e uma azul) e as exibe em ordem. Devido à persistência da visão, as 3 imagens monocromáticas aparecem como uma imagem colorida. Um LCD FSC precisa de um painel LCD com uma taxa de atualização de 180 Hz e o tempo de resposta é reduzido para apenas 5 milissegundos quando comparado aos painéis LCD STN normais, que têm um tempo de resposta de 16 milissegundos. Os LCDs FSC contêm um IC driver Chip-On-Glass que também pode ser usado com uma tela sensível ao toque capacitiva.

A Samsung introduziu os monitores UFB (Ultra Fine & Bright) em 2002, utilizando o efeito super birrefringente. Ele tem a luminância, a gama de cores e a maior parte do contraste de um TFT-LCD, mas consome apenas tanta energia quanto um monitor STN, de acordo com a Samsung. Ele estava sendo usado em uma variedade de modelos de telefones celulares Samsung produzidos até o final de 2006, quando a Samsung parou de produzir monitores UFB. Displays UFB também foram usados em alguns modelos de celulares LG.

Tecnologias de matriz ativa

A Casio 1.8 na cor TFT LCD, usado nas câmeras compactas digitais Sony Cyber-shot DSC-P93A

Estrutura de um LCD de cor com um retroiluminação CCFL à borda

Nemática torcida (TN)

Displays nemáticos torcidos contêm cristais líquidos que torcem e desentortam em vários graus para permitir a passagem da luz. Quando nenhuma tensão é aplicada a uma célula de cristal líquido TN, a luz polarizada passa pela camada LC torcida em 90 graus. Na proporção da tensão aplicada, os cristais líquidos se destorcem alterando a polarização e bloqueando o caminho da luz. Ao ajustar adequadamente o nível de tensão, quase qualquer nível de cinza ou transmissão pode ser alcançado.

Comutação no plano (IPS)

A comutação no plano é uma tecnologia LCD que alinha os cristais líquidos em um plano paralelo aos substratos de vidro. Neste método, o campo elétrico é aplicado através de eletrodos opostos no mesmo substrato de vidro, de modo que os cristais líquidos possam ser reorientados (comutados) essencialmente no mesmo plano, embora campos de franja inibam uma reorientação homogênea. Isso requer dois transistores para cada pixel, em vez do único transistor necessário para uma exibição padrão de transistor de filme fino (TFT). A tecnologia IPS é usada em tudo, desde televisores, monitores de computador e até mesmo dispositivos vestíveis, especialmente quase todos os painéis de smartphone LCD são no modo IPS/FFS. Os monitores IPS pertencem aos tipos de tela da família do painel LCD. Os outros dois tipos são VA e TN. Antes do LG Enhanced IPS ser introduzido em 2001 pela Hitachi como 17" monitor no Market, os transistores adicionais resultaram no bloqueio de mais área de transmissão, exigindo assim uma luz de fundo mais brilhante e consumindo mais energia, tornando esse tipo de tela menos desejável para notebooks. Panasonic Himeji G8.5 estava usando uma versão aprimorada do IPS, também LGD na Coréia, então atualmente a maior fabricante de painéis LCD do mundo BOE na China também é painel de TV no modo IPS/FFS.

Close-up de um canto de um painel LCD IPS

Comutação super no plano (S-IPS)

Super-IPS foi introduzido posteriormente após a troca no plano com tempos de resposta e reprodução de cores ainda melhores.

Controvérsia M+ ou RGBW

Em 2015, a LG Display anunciou a implementação de uma nova tecnologia chamada M+, que é a adição de subpixel branco junto com os pontos RGB regulares em sua tecnologia de painel IPS.

A maior parte da nova tecnologia M+ foi empregada em aparelhos de TV 4K, o que gerou polêmica depois que testes mostraram que a adição de um subpixel branco substituindo a estrutura RGB tradicional reduziria a resolução em cerca de 25%. Isso significa que uma TV 4K não pode exibir o padrão completo de TV UHD. A mídia e os usuários da Internet mais tarde chamaram isso de "RGBW" TVs por causa do sub pixel branco. Embora a LG Display tenha desenvolvido essa tecnologia para uso em telas de notebook, outdoor e smartphones, ela se tornou mais popular no mercado de TV devido à anunciada resolução 4K UHD, mas ainda incapaz de atingir a verdadeira resolução UHD definida pelo CTA como 3840x2160 pixels ativos com 8 cor de bit. Isso afeta negativamente a renderização do texto, tornando-o um pouco mais confuso, o que é especialmente perceptível quando uma TV é usada como monitor de PC.

IPS em comparação com AMOLED

Em 2011, a LG afirmou que o smartphone LG Optimus Black (IPS LCD (LCD NOVA)) tem brilho de até 700 nits, enquanto o concorrente tem apenas IPS LCD com 518 nits e tela dupla de matriz ativa OLED (AMOLED) com 305 nits. A LG também afirmou que o display NOVA é 50% mais eficiente do que os LCDs comuns e consome apenas 50% da energia dos monitores AMOLED ao produzir branco na tela. Quando se trata de taxa de contraste, a tela AMOLED ainda funciona melhor devido à sua tecnologia subjacente, onde os níveis de preto são exibidos como preto total e não como cinza escuro. Em 24 de agosto de 2011, a Nokia anunciou o Nokia 701 e também reivindicou a tela mais brilhante do mundo com 1000 nits. A tela também contava com a camada Clearblack da Nokia, melhorando a relação de contraste e aproximando-a das telas AMOLED.

Este pixel-layout é encontrado em LCDs S-IPS. Uma forma de chevron é usada para ampliar o cone de visualização (laranja de direções de visualização com bom contraste e baixa mudança de cor).

Comutação de campo marginal avançada (AFFS)

Conhecida como comutação de campo marginal (FFS) até 2003, a comutação avançada de campo marginal é semelhante ao IPS ou S-IPS, oferecendo desempenho superior e gama de cores com alta luminosidade. O AFFS foi desenvolvido pela Hydis Technologies Co., Ltd, Coréia (formalmente Hyundai Electronics, LCD Task Force). Os aplicativos de notebook aplicados com AFFS minimizam a distorção de cores enquanto mantêm um ângulo de visão mais amplo para uma exibição profissional. A mudança de cor e o desvio causados pelo vazamento de luz são corrigidos pela otimização da gama branca, que também aprimora a reprodução de branco/cinza. Em 2004, a Hydis Technologies Co., Ltd licenciou o AFFS para a Hitachi Displays do Japão. A Hitachi está usando AFFS para fabricar painéis de alta qualidade. Em 2006, a HYDIS licenciou o AFFS para a Sanyo Epson Imaging Devices Corporation. Pouco tempo depois, a Hydis introduziu uma evolução de alta transmitância do display AFFS, chamada HFFS (FFS+). A Hydis introduziu o AFFS+ com legibilidade externa aprimorada em 2007. Os painéis AFFS são utilizados principalmente nos cockpits dos mais recentes monitores de aeronaves comerciais. No entanto, ele não é mais produzido a partir de fevereiro de 2015.

Alinhamento vertical (VA)

Os monitores de alinhamento vertical são uma forma de LCDs em que os cristais líquidos se alinham naturalmente verticalmente aos substratos de vidro. Quando nenhuma tensão é aplicada, os cristais líquidos permanecem perpendiculares ao substrato, criando uma tela preta entre os polarizadores cruzados. Quando a tensão é aplicada, os cristais líquidos mudam para uma posição inclinada, permitindo que a luz passe e crie uma exibição em escala de cinza, dependendo da quantidade de inclinação gerada pelo campo elétrico. Ele tem um fundo preto mais profundo, uma taxa de contraste mais alta, um ângulo de visão mais amplo e melhor qualidade de imagem em temperaturas extremas do que os monitores nemáticos torcidos tradicionais. Comparado ao IPS, os níveis de preto ainda são mais profundos, permitindo uma taxa de contraste mais alta, mas o ângulo de visão é mais estreito, com cores e especialmente contraste sendo mais aparentes.

Modo de fase azul

Os LCDs de modo de fase azul foram mostrados como amostras de engenharia no início de 2008, mas não estão em produção em massa. A física dos LCDs de modo de fase azul sugere que tempos de comutação muito curtos (≈1 ms) podem ser alcançados, de modo que o controle de cores sequencial de tempo pode ser realizado e os filtros de cores caros seriam obsoletos.

Controle de qualidade

Alguns painéis LCD têm transistores defeituosos, causando pixels permanentemente acesos ou apagados, comumente chamados de pixels presos ou pixels mortos, respectivamente. Ao contrário dos circuitos integrados (ICs), os painéis LCD com alguns transistores defeituosos geralmente ainda são utilizáveis. Fabricantes' as políticas para o número aceitável de pixels defeituosos variam muito. A certa altura, a Samsung manteve uma política de tolerância zero para monitores LCD vendidos na Coréia. A partir de 2005, a Samsung aderiu ao padrão ISO 13406-2 menos restritivo. Outras empresas são conhecidas por tolerar até 11 pixels mortos em suas políticas.

As políticas de pixel morto são frequentemente debatidas entre fabricantes e clientes. Para regular a aceitabilidade de defeitos e proteger o usuário final, a ISO lançou o padrão ISO 13406-2, que se tornou obsoleto em 2008 com o lançamento do ISO 9241, especificamente ISO-9241-302, 303, 305, 307:2008 pixel defeitos. No entanto, nem todos os fabricantes de LCD estão em conformidade com o padrão ISO e o padrão ISO é frequentemente interpretado de maneiras diferentes. Os painéis LCD são mais propensos a ter defeitos do que a maioria dos CIs devido ao seu tamanho maior. Por exemplo, um LCD SVGA de 300 mm tem 8 defeitos e um wafer de 150 mm tem apenas 3 defeitos. No entanto, 134 das 137 matrizes no wafer serão aceitáveis, enquanto a rejeição de todo o painel LCD seria um rendimento de 0%. Nos últimos anos, o controle de qualidade foi aprimorado. Um painel LCD SVGA com 4 pixels defeituosos geralmente é considerado defeituoso e os clientes podem solicitar a troca por um novo.

Alguns fabricantes, principalmente na Coréia do Sul, onde estão localizados alguns dos maiores fabricantes de painéis LCD, como a LG, agora têm uma garantia de pixel com defeito zero, que é um processo de triagem extra que pode determinar " Painéis de grau A" e "B". Muitos fabricantes substituiriam um produto mesmo com um pixel defeituoso. Mesmo onde tais garantias não existem, a localização dos pixels defeituosos é importante. Uma exibição com apenas alguns pixels defeituosos pode ser inaceitável se os pixels defeituosos estiverem próximos uns dos outros. Os painéis LCD também têm defeitos conhecidos como nublado (ou menos comumente mura), que descreve as manchas irregulares de mudanças na luminância. É mais visível em áreas escuras ou pretas das cenas exibidas. A partir de 2010, a maioria dos fabricantes de painéis LCD de computador de marca premium especificam seus produtos como tendo zero defeitos.

"Potência zero" (biestável) exibe

O dispositivo zenital biestável (ZBD), desenvolvido pela Qinetiq (anteriormente DERA), pode reter uma imagem sem energia. Os cristais podem existir em uma das duas orientações estáveis ("preto" e "branco") e a energia é necessária apenas para alterar a imagem. A ZBD Displays é uma empresa derivada da QinetiQ que fabricava dispositivos ZBD em escala de cinza e em cores. A Kent Displays também desenvolveu um sistema "sem energia" visor que usa cristal líquido colestérico estabilizado por polímero (ChLCD). Em 2009, Kent demonstrou o uso de um ChLCD para cobrir toda a superfície de um telefone celular, permitindo que ele mude de cor e mantenha essa cor mesmo quando a energia é desligada.

Em 2004, pesquisadores da Universidade de Oxford demonstraram dois novos tipos de LCDs biestáveis de energia zero baseados em técnicas biestáveis Zenithal. Várias tecnologias biestáveis, como o 360° BTN e o colestérico biestável, dependem principalmente das propriedades do volume do cristal líquido (LC) e usam ancoragem forte padrão, com filmes de alinhamento e misturas de LC semelhantes aos materiais monoestáveis tradicionais. Outras tecnologias biestáveis, por exemplo, tecnologia BiNem, são baseadas principalmente nas propriedades da superfície e precisam de materiais de ancoragem fracos específicos.

Especificações

• Resolução A resolução de um LCD é expressa pelo número de colunas e linhas de pixels (por exemplo, 1024×768). Cada pixel é geralmente composto 3 sub-pixels, um vermelho, um verde e um azul. Esta tinha sido uma das poucas características de desempenho LCD que permaneceu uniforme entre diferentes desenhos. No entanto, há projetos mais recentes que compartilham sub-pixels entre pixels e adicionam Quattron que tentam aumentar eficientemente a resolução percebida de um display sem aumentar a resolução real, para resultados mistos.
• Desempenho espacial: Para um monitor de computador ou algum outro monitor que está sendo visto de uma distância muito próxima, a resolução é muitas vezes expressa em termos de pitch do ponto ou pixels por polegada, que é consistente com a indústria de impressão. A densidade da exposição varia por aplicação, com televisões geralmente com baixa densidade para visualização de longa distância e dispositivos portáteis com alta densidade para detalhes de gama próxima. O Ângulo de visualização de um LCD pode ser importante dependendo da exibição e seu uso, as limitações de certas tecnologias de exibição significam que o display só exibe com precisão em certos ângulos.
• Desempenho temporal: a resolução temporal de um LCD é o quão bem ele pode exibir imagens em mudança, ou a precisão e o número de vezes por segundo o visor desenha os dados que está sendo dado. Os pixels LCD não piscam entre molduras, então os monitores LCD exibem nenhuma cintilação induzida por atualização, não importa o quão baixo a taxa de atualização. Mas uma taxa de atualização mais baixa pode significar artefatos visuais como fantasmas ou manchas, especialmente com imagens em movimento rápido. O tempo de resposta individual de pixels também é importante, pois todas as telas têm alguma latência inerente na exibição de uma imagem que pode ser grande o suficiente para criar artefatos visuais se a imagem exibida muda rapidamente.
• Desempenho de cor: Existem vários termos para descrever diferentes aspectos do desempenho de cor de um monitor. A gama de cores é a gama de cores que pode ser exibida, e a profundidade de cor, que é a finura com que a gama de cores é dividida. A gama de cores é uma característica relativamente direta, mas raramente é discutida em materiais de marketing, exceto no nível profissional. Ter um intervalo de cores que excede o conteúdo que está sendo mostrado na tela não tem benefícios, então os monitores são feitos apenas para executar dentro ou abaixo do intervalo de uma determinada especificação. Existem aspectos adicionais para a cor LCD e gerenciamento de cores, como ponto branco e correção gama, que descrevem o que é a cor branca e como as outras cores são exibidas em relação ao branco.
• Relação de brilho e contraste: A relação de contraste é a relação do brilho de um pixel completo para um pixel completo. O próprio LCD é apenas uma válvula de luz e não gera luz; a luz vem de uma luz de fundo que é fluorescente ou um conjunto de LEDs. A luminosidade é geralmente declarada como a saída de luz máxima do LCD, que pode variar muito com base na transparência do LCD e no brilho da luz de fundo. A luz de fundo mais brilhante permite um contraste mais forte e uma gama dinâmica mais elevada (os monitores HDR são classificados em luminância máxima), mas há sempre um comércio entre brilho e consumo de energia.

Vantagens e desvantagens

Alguns desses problemas estão relacionados a telas inteiras, outros a telas pequenas como em relógios, etc. Muitas das comparações são com telas CRT.

Vantagens

• Muito compacto, fino e leve, especialmente em comparação com grandes, pesado CRT exibe.
• Baixo consumo de energia. Dependendo do brilho e conteúdo do conjunto que está sendo exibido, os modelos retroiluminados CCFT mais antigos normalmente usam menos da metade da potência que um monitor CRT da mesma área de visualização de tamanho usaria, e os modelos retroiluminados LED modernos normalmente usam 10-25% da potência que um monitor CRT usaria.
• Pouco calor emitido durante a operação, devido ao baixo consumo de energia.
• Sem distorção geométrica.
• A possibilidade de ter pouca ou nenhuma cintilação dependendo da tecnologia de luz traseira.
• Normalmente não há cintilação de taxa de atualização, porque os pixels LCD mantêm seu estado entre bebidas (que geralmente são feitas em 200 Hz ou mais rápido, independentemente da taxa de atualização de entrada).
• Imagem afiada sem sangramento ou mancha quando operada em resolução nativa.
• Emite quase nenhuma radiação eletromagnética indesejável (na faixa de frequência extremamente baixa), ao contrário de um monitor CRT.
• Pode ser feito em quase qualquer tamanho ou forma.
• Sem limite de resolução teórica. Quando vários painéis de LCD são usados juntos para criar uma única tela, cada painel adicional aumenta a resolução total do visor, que é comumente chamado de resolução empilhada.
• Pode ser feito em grandes tamanhos de mais de 80 polegadas (2 m) diagonal.
• Os LCDs podem ser transparentes e flexíveis, mas eles não podem emitir luz sem uma luz de fundo como OLED e microLED, que são outras tecnologias que também podem ser feitas flexíveis e transparentes.
• Efeito de mascaramento: a rede LCD pode mascarar os efeitos da quantificação espacial e de tons de cinza, criando a ilusão de maior qualidade de imagem.
• Não afetados por campos magnéticos, incluindo os da Terra, ao contrário da maioria das TRCs de cor.
• Como um dispositivo inerentemente digital, o LCD pode nativamente exibir dados digitais de uma conexão DVI ou HDMI sem exigir conversão analógica. Alguns painéis LCD têm entradas de fibra óptica nativas, além de DVI e HDMI.
• Muitos monitores LCD são alimentados por uma fonte de alimentação de 12 V, e se construído em um computador pode ser alimentado por sua fonte de alimentação de 12 V.
• Pode ser feito com bordas de quadro muito estreitas, permitindo que várias telas de LCD sejam organizadas lado a lado para compensar o que parece uma tela grande.

Desvantagens

• Ângulo de visualização limitado em alguns monitores mais antigos ou mais baratos, causando cor, saturação, contraste e brilho para variar com a posição do usuário, mesmo dentro do ângulo de visão pretendido. Filmes especiais podem ser usados para aumentar os ângulos de visualização dos LCDs.
• Relâmpago desigual em alguns monitores (mais comum em tipos IPS e TNs mais antigos), causando distorção de brilho, especialmente em direção às bordas ("sangue de luz traseira").
• Os níveis negros podem não ser tão escuros quanto necessário porque os cristais líquidos individuais não podem bloquear completamente toda a luz de fundo de passar.
• Exibir o desfoque de movimento em objetos em movimento causados por tempos de resposta lentos (>8 ms) e rastreamento de olho em uma exibição de amostra e retenção, a menos que um retroiluminação de estroboscamento seja usado. No entanto, este strobing pode causar tensão ocular, como é observado em seguida:
• A partir de 2012, a maioria das implementações de retroiluminação LCD usam modulação de largura de pulso (PWM) para diminuir a tela, o que torna a tela mais aguda (isso não significa visivelmente) do que um monitor CRT a 85 Hz taxa de atualização (isto é, porque toda a tela está apertando em e fora em vez de um ponto fosforoso de CRT que continuamente varre a tela, deixando alguma parte da tela severa- Infelizmente, muitas dessas pessoas não sabem que o seu trem ocular é causado pelo efeito estroboscópio invisível da PWM. Este problema é pior em muitos monitores LED-backlit, porque os LEDs ligar e desligar mais rápido do que uma lâmpada CCFL.
• Apenas uma resolução nativa. Exibir qualquer outra resolução requer um escalador de vídeo, causando rompimento e bordas irregulares, ou executando a exibição na resolução nativa usando o mapeamento de pixels 1:1, fazendo com que a imagem não encha a tela (exibição extra-caixa), ou para executar as bordas inferior ou direita da tela.
• profundidade de bit fixo (também chamado de profundidade de cor). Muitos LCDs mais baratos só são capazes de exibir 262144 (2^18.) cores. Os painéis S-IPS de 8 bits podem exibir 16 milhões (2^24.) cores e têm nível preto significativamente melhor, mas são caros e têm tempo de resposta mais lento.
• Lag de entrada, porque o conversor A/D do LCD espera que cada quadro seja completamente saída antes de desenhá-lo para o painel LCD. Muitos monitores LCD fazem pós-processamento antes de exibir a imagem em uma tentativa de compensar a má fidelidade de cor, o que adiciona uma lag adicional. Além disso, um escalador de vídeo deve ser usado ao exibir resoluções não nativas, o que adiciona ainda mais atraso de tempo. O andamento e o pós-processamento geralmente são feitos em um único chip em monitores modernos, mas cada função que o chip executa adiciona algum atraso. Algumas telas têm um modo de jogo de vídeo que desabilita todo ou mais processamento para reduzir a lag de entrada perceptível.
• Os pixels mortos ou presos podem ocorrer durante a fabricação ou após um período de uso. Um pixel preso brilhará com a cor mesmo em uma tela preta, enquanto um morto permanecerá sempre preto.
• Sujeito ao efeito de queimadura, embora a causa difere da CRT e o efeito pode não ser permanente, uma imagem estática pode causar queima-in em questão de horas em exposições mal projetadas.
• Em uma situação constante, a termalização pode ocorrer em caso de mau gerenciamento térmico, em que parte da tela tem superaquecido e parece descolorido em comparação com o resto da tela.
• Perda de brilho e tempos de resposta muito mais lentos em ambientes de baixa temperatura. Em ambientes sub-zero, as telas de LCD podem deixar de funcionar sem o uso de aquecimento suplementar.
• Perda de contraste em ambientes de alta temperatura.

Produtos químicos usados

Várias famílias diferentes de cristais líquidos são usadas em telas de cristal líquido. As moléculas usadas devem ser anisotrópicas e exibir atração mútua. Moléculas polarizáveis em forma de bastão (bifenis, terfenis, etc.) são comuns. Uma forma comum é um par de anéis aromáticos de benzeno, com uma porção apolar (pentil, heptil, octil ou grupo alquiloxi) em uma extremidade e polar (nitrila, halogênio) na outra. Às vezes, os anéis de benzeno são separados por um grupo acetileno, etileno, CH=N, CH=NO, N=N, N=NO ou grupo éster. Na prática, são usadas misturas eutéticas de vários produtos químicos, para alcançar uma faixa operacional de temperatura mais ampla (-10..+60 °C para monitores de baixo custo e -20..+100 °C para monitores de alto desempenho). Por exemplo, a mistura E7 é composta por três bifenilos e um terfenil: 39% em peso de 4'-pentil[1,1'-bifenil]-4-carbonitrila (intervalo nemático 24..35 °C), 36% em peso de 4'-heptil[1,1'-bifenil]-4-carbonitrila (intervalo nemático 30..43 °C), 16% em peso de 4'-octoxi[1,1'-bifenil]-4-carbonitrila (intervalo nemático 54..80 °C) e 9% em peso de 4-pentil[1,1':4',1-terfenil]-4-carbonitrila (intervalo nemático 131..240 °C).

Impacto ambiental

A produção de telas LCD usa trifluoreto de nitrogênio (NF₃) como fluido de ataque durante a produção dos componentes de película fina. O NF₃ é um potente gás de efeito estufa e sua meia-vida relativamente longa pode torná-lo um contribuinte potencialmente prejudicial ao aquecimento global. Um relatório da Geophysical Research Letters sugeriu que seus efeitos eram teoricamente muito maiores do que as fontes mais conhecidas de gases de efeito estufa, como o dióxido de carbono. Como o NF₃ não era amplamente utilizado na época, ele não fazia parte dos Protocolos de Quioto e foi considerado "o gás de efeito estufa ausente".

Os críticos do relatório apontam que ele assume que toda a NF₃ produzida seria liberada para a atmosfera. Na realidade, a grande maioria das NF₃ é quebrada durante os processos de limpeza; dois estudos anteriores descobriram que apenas 2 a 3% do gás escapa da destruição após seu uso. Além disso, o relatório falhou em comparar os efeitos da NF₃ com o que ela substituiu, o perfluorcarbono, outro poderoso gás de efeito estufa, do qual algo em torno de 30 a 70% escapa para a atmosfera em uso típico.