Matriz TN (Twisted Nematic): ¿cómo funciona y cuáles son sus características?

Historia y desarrollo de la tecnología de matrices de TN

La matriz TN se originó en los años setenta. En los años 70, cuando debutó en las primeras calculadoras y relojes digitales. El nombre TN significa twisted nematic (nemático trenzado) y procede de las moléculas de cristal líquido trenzadas que son un elemento clave de esta tecnología LCD. Inicialmente, las matrices TN tenían capacidades muy limitadas, ya que sólo permitían visualizar números y caracteres sencillos.

El gran avance se produjo en la década de 1990. incluido el desarrollo de las pantallas en color TN. Fue posible obtener una imagen a todo color añadiendo filtros RGB a cada píxel. Las matrices TN eran ideales para su uso en las modernas pantallas de cristal líquido, donde la velocidad de visualización de contenidos dinámicos era importante. Gracias a su sencillez, bajo precio de producción y bajo consumo de energía, las pantallas TN dominaron rápidamente el mercado de monitores y pantallas.

Sin embargo, el siglo XXI fue testigo de la aparición de nuevas tecnologías de matriz LCD, como IPS y VA, que desplazaron gradualmente a las matrices TN. Con una mejor reproducción del color y ángulos de visión más amplios, ofrecían mejores resultados en aplicaciones que requerían una gran calidad de imagen, especialmente en los televisores modernos.

No obstante, las matrices TN siguen siendo muy utilizadas debido a sus ventajas, como su bajo precio y bajo consumo. Se utilizan fácilmente en monitores y televisores más baratos, así como en electrónica móvil. Pueden encontrarse en equipos industriales, médicos y militares, así como en modelos antiguos de ordenadores portátiles. Gracias a los continuos avances técnicos, las matrices TN siguen siendo una parte importante del mercado de la electrónica industrial y de consumo.

Matriz TN – construcción y principio de funcionamiento

La clásica matriz de LED TN consiste en dos sustratos de vidrio recubiertos con una capa transparente y conductora de ITO (óxido de indio y estaño). Entre los sustratos hay una capa de cristal líquido. Desde el exterior, la matriz está cubierta por polarizadores dispuestos perpendicularmente entre sí.

En su estado natural, las moléculas del cristal líquido se retuercen 90 grados, lo que provoca una rotación del plano de polarización de la luz que penetra en la capa TN. Esto permite que los rayos de luz pasen a través de ambos polarizadores y el píxel se ilumina.

En cambio, cuando se aplica una tensión eléctrica, las partículas de TN se alinean paralelamente a los planos del vidrio. En ese caso, el plano de polarización de la luz no gira y queda bloqueado por el segundo polarizador. Como resultado, el píxel se oscurece.

Ajustando el voltaje, es posible controlar con precisión el grado de torsión de las partículas de cristal líquido y, por tanto, el brillo de cada píxel. Esto permite visualizar la imagen en escala de grises y a todo color cuando se añaden filtros RGB. El control preciso del voltaje para cientos de miles de píxeles permite a las matrices TN mostrar imágenes y vídeo nítidos.

Las matrices TN modernas incorporan una serie de mejoras para aumentar la calidad de la imagen. Entre ellas se incluyen la retroiluminación LED mejorada, la reducción de rayas y reflejos o el aumento de la profundidad de color. Sin embargo, los fundamentos del funcionamiento siguen siendo los mismos desde hace décadas: la regulación de la torsión de las moléculas de cristal líquido mediante una tensión eléctrica.

Tipos de matriz TN

A lo largo de muchos años de desarrollo, se han creado diversas variedades de matrices TN, con diferentes prestaciones:

• STN – Super Twisted Nematic – este tipo de matriz TN tiene mayor contraste, menor voltaje
• FSTN – Film Compensated STN – la aplicación de un filtro de compensación a uno de los polarizadores aumenta el contraste y los ángulos de visión.
• DFSTN (o FFSTN) – Double Film STN – doble capa de filtros STN, mejor contraste y ángulos de visión
• HTN – High Twisted Nematic (Nemático de alta torsión ): torsión de partículas muy elevada y ángulo de polaridad diferente para funcionamiento a baja tensión, amplio intervalo de temperaturas de funcionamiento.
• VATN (Vertical Alignment Twisted Nematic): se basa en la alineación vertical natural de los cristales líquidos y ofrece mayor contraste, negros más intensos, mejores ángulos de visión y ausencia de inversión de la escala de grises, pero la resolución se limita a 16 píxeles.

Cada una de estas tecnologías tiene una aplicación diferente, en función de los requisitos técnicos del producto.

Ventajas y aplicaciones de la matriz TN

Las matrices TN presentan numerosas ventajas que han garantizado su posición dominante en el mercado durante décadas:

• Bajo coste de producción, gracias a un diseño sencillo y a la ausencia de componentes adicionales
• Bajo consumo de energía, posibilidad de funcionamiento con pilas
• Tiempo de respuesta rápido, 2-5 ms, compatibilidad con contenidos dinámicos
• Alto brillo y contraste, buena reproducción del color
• Capacidad para producir grandes diagonales, incluso por encima de 40″.

Estas características hacen que la matriz TN sea adecuada para una amplia gama de aplicaciones:

• Monitores y pantallas LCD
• Electrónica en equipos industriales, médicos y militares
• Paneles informativos, vallas publicitarias, pantallas en máquinas expendedoras

• Ordenadores portátiles antiguos, calculadoras, relojes, cámaras digitales

Las principales desventajas de TN son una peor reproducción del color y un menor contraste, en comparación con las matrices IPS u OLED, así como unos ángulos de visión estrechos. De ahí que las matrices IPS y VA se utilicen con más frecuencia en los nuevos televisores. Sin embargo, las ventajas de los TN siguen determinando su popularidad en muchos ámbitos de la electrónica industrial.

Comparación de las matrices TN con las tecnologías IPS y VA

Matriz TN vs IPS

En comparación con las populares matrices IPS, las pantallas TN se caracterizan por:

• Ángulos de visión más estrechos, lo que limita la legibilidad de la imagen presentada.
• Reproducción más débil del color y del negro
• Tiempos de respuesta más rápidos: por ejemplo, 2-5 ms para TN frente a 5-15 para IPS
• Menores costes de producción gracias a un diseño más sencillo

Por estas razones, las matrices IPS son mejores allí donde la calidad de imagen importa: en monitores gráficos profesionales o en modernos equipos industriales como los HMI.

Matriz TN vs VA

En relación con las matrices VA, las pantallas TN se caracterizan por:

• Menor contraste y peor reproducción del negro
• Ángulos de visión ligeramente más estrechos
• Tiempo de respuesta más rápido: 2-5 ms (TN) frente a 15-30 ms (VA)

Debido a su mayor contraste, las matrices VA son más adecuadas para ver vídeos y fotos, donde la calidad de imagen importa.

Resumen y futuro de las matrices TN

En resumen, las matrices nemáticas trenzadas han dominado el mercado de la electrónica de consumo durante muchos años debido a su sencillez, bajos costes de producción y bajo consumo de energía. Son parte integrante de monitores, televisores, ordenadores portátiles y muchos otros dispositivos. Sin embargo, en las últimas aplicaciones que requieren una alta calidad de imagen, cada vez se ven más desplazadas por tecnologías más recientes como IPS o VA.

Por tanto, el futuro de las matrices TN es incierto. Por un lado, sus ventajas siguen determinando su popularidad en muchos ámbitos. Por otra parte, los avances tecnológicos en el campo de las pantallas están abandonando progresivamente el TN en favor de soluciones más modernas. Sin embargo, aunque los fundamentos de la tecnología TN se estén quedando obsoletos, como fabricantes de pantallas creemos que el conocimiento de la tecnología TN sigue siendo extremadamente valioso para cualquier ingeniero electrónico y de pantallas.