La percepción de un buen producto a menudo se deriva directamente de la apariencia del panel frontal o interfaz gráfica de usuario: ¿Es atractivo a la vista? ¿Es funcional? ¿Puede ser usado fácilmente? Para los sistemas electrónicos y equipos que requieran una interfaz gráfica de usuario, los módulos de pantalla TFT LCD se han convertido en una opción ampliamente utilizada.

Para el ingeniero de diseño, las especificaciones técnicas son muy importantes, pero los paneles de pantalla siempre se eligen por su aspecto visual. Las características estéticas de la imagen en pantalla y la experiencia del usuario resultante que proporciona deben tomarse seriamente en consideración.
La tecnología de pantalla TFT IPS (In-Plane-Switching) muestra las dos principales limitaciones de una pantalla TFT estándar TN (Twisted Nematic), esto es: ángulos de visión limitados y una pobre reproducción del color.

Legibilidad de la pantalla
La capacidad de una imagen de pantalla para que se vea fácilmente se conoce como legibilidad de la pantalla. Esta se ve influida por una serie de factores que afectan el rendimiento óptico de la pantalla. El rendimiento óptico de una pantalla se mide por el brillo y el contraste de la pantalla.
El brillo se define por la cantidad de luz radiada que se emite desde la pantalla. El brillo se mide en candelas por metro cuadrado (cd / m2 o nits (donde 1cd / m2 = 1 nit).

El contraste se define como la relación entre la luminancia del color más brillante (blanco) con la del color más oscuro (negro) que la pantalla es capaz de producir. Por lo general, cuanto más alto o mayor es la proporción del contraste, más fácil es ver la imagen en pantalla.

Twisted Nematic (TN)
El modo TFT TN es el “caballo de batalla” de la tecnología de las pantallas TFT. En una pantalla TFT TN las moléculas de cristal líquido están alineadas con los sustratos de vidrio superior e inferior. Las moléculas LC (Liquid Crystal) se alinean paralelamente a la dirección de fricción de la capa de alineación. La dirección de fricción de las capas de alineación de los dos sustratos es perpendicular la una con la otra, lo que crea un giro (enredo) de 90 grados en el cristal líquido.

Cuando se aplica un voltaje a través de la célula de LC, las moléculas de cristal líquido se “desenredan” y alinean a lo largo del campo eléctrico vertical. Una limitación básica de la tecnología TN es que la alineación de las moléculas de cristal líquido cambia cuanto más lejos están del electrodo óptico. Esto puede tener un impacto en el paso de la luz a través de la celda provocando una reducción del contraste, brillo y definición del color en los ángulos de visión más amplio.

Alineación vertical (VA)
La alineación vertical se desarrolló originalmente para tratar las limitaciones de la tecnología de modo TN. En las pantallas VA el material de cristal líquido se encuentra en un estado vertical natural. Sin aplicar tensión, las moléculas de cristal líquido siguen siendo perpendiculares al sustrato. Cuando se aplica tensión, las celdas de cristal líquido cambian a una posición horizontal, paralela al sustrato, lo que permite que la luz pase a través.

VA ha logrado amplios ángulos de visión y alto contraste, pero con una reducción en el brillo y en la reproducción del color normal. Los paneles VA actuales, pueden ofrecer amplios ángulos de visión - en segundo lugar solamente tras la tecnología IPS - buenos niveles de negro y buena reproducción de color. Cuando los paneles VA son vistos fuera de la perpendicular, se presenta un cambio en el color, pero mucho menor que la de los paneles TN.
Los paneles de Alineación Vertical Multidominio (MVA) y Super Alineación Vertical por Patrones (SPVA) se han ocupado de algunas de las limitaciones de la tecnología VA. Ambas tecnologías ofrecen un contraste mejorado sobre todo en los ángulos de visión más amplios.

Alternación en el Plano (In Plane Switching)
Desarrollada e introducida por primera vez por Hitachi Displays Ltd in 1996, In-Plane Switching (IPS) fue la primera tecnología LCD en dar una calidad de imagen excepcional sobre todo cuando se ve desde cualquier ángulo. La tecnología IPS ofrece una saturación del color excepcional, estabilidad del color, contraste y niveles de negro con un ángulo de visión de 176° de visión vertical y horizontal.

En una pantalla TFT IPS, los cristales líquidos están alineados horizontalmente al sustrato de vidrio. Ambos electrodos están alineados horizontalmente en el sustrato inferior. Cuando se aplica una tensión entre los electrodos, los cristales líquidos giran en sentido horizontal y se mantienen en paralelo con los electrodos y el substrato de vidrio de la pantalla. Las moléculas de cristal líquido son capaces de moverse libremente en la alineación requerida. Este enfoque mantiene los cristales líquidos en paralelo a la parte frontal del panel, proporcionando un cono de visión que es amplio y simétrico.

Una breve historia de la tecnología IPS
El núcleo de la tecnología IPS ha evolucionado hasta convertirse en Super-IPS (S-IPS), Advanced Super-IPS (AS-IPS) y, últimamente a IPS-Pro en el 2008. Super-IPS se introdujo en 1998 para combatir el cambio de color que aún permanecía evidente en amplios ángulos de visión de las pantallas IPS originales. Más recientemente con IPS-Pro, un avance significativo fue el refinamiento del patrón y estructura de electrodos ópticos, y un cambio de electrodos opacos a transparentes.

Las aplicaciones médicas, de radiodifusión y monitorización profesional demandan un rendimiento óptico excepcional de una pantalla. La última evolución de IPS-Pro dispone de módulos de visualización que ofrecen una imagen a color de gran estabilidad con excelente saturación de color y altas proporciones de contraste desde cualquier ángulo de visión. Los niveles más profundos de negro combinados con una transmisión mejorada, proporcionan ratios de contraste de hasta 1200:1. Estas características también hacen que el alto brillo se pueda lograr sin aumentar el consumo de energía de la unidad de luz de fondo.

La continua mejora de la tecnología LCD IPS por Hitachi ofrece ahora un rendimiento de imagen mucho mayor y más estable en todos los ángulos de visión que cualquier otra tecnología TFT.

¿Por qué utilizar IPS?
Los LCDs IPS están siendo ampliamente utilizados por multinacionales “blue chip”en la fabricación de productos de consumo de alto rendimiento y venta masiva como teléfonos inteligentes, tablet PCs, monitores y televisores. Otras empresas más pequeñas, en nichos de mercado industriales son ahora capaces de beneficiarse de la tecnología IPS como un estándar, las pantallas TFT estándar se han vuelto más disponibles.
La demanda de pantallas de amplio ángulo de visión y amplio campo de visión ha aumentado. Muchas aplicaciones requieren ahora un rendimiento óptico muy consistentes y una reproducción precisa de la imagen. Las características de contraste y color se deben mantener en un amplio rango de ángulos de visión y posiciones.

Cuando se ve desde un ángulo agudo, una pantalla TFT convencional muestra una pérdida de luminosidad y los colores de la imagen se pueden invertir. En ciertas aplicaciones, esta limitación en el rendimiento no es crítica, en un ordenador portátil donde el usuario se encuentra, generalmente, perpendicular a la pantalla TFT. En los sistemas médicos de diagnóstico por imagen y en los de radiodifusión sin embargo, la imagen vista por un individuo podría ser percibida como diferente a la representación de la imagen vista por una segunda persona en una posición de visión alternativa.
La tecnología TFT IPS supera las limitaciones de la tecnología convencional de visualización TFT TN y ofrece las siguientes ventajas: amplios ángulos de visualización, reproducción exacta del color, casi sin cambio de color y niveles más profundos de negro.

El diagrama de la Figura 2 ilustra los ángulos de visión mejorada de IPS-Pro en comparación con otras tecnologías de ángulo de visión amplio. En particular, es importante tener en cuenta los ángulos de visión alcanzables a nivel de contraste del 50%. Esto se conoce como el Half Contrast Angle (HCA), que es una medida más realista del rendimiento de gran angular. La relación de contraste máxima se experimenta cuando se mira perpendicularmente a la pantalla.

El futuro de la tecnología IPS
La tecnología TFT en sus diversas formas ha estado con nosotros desde hace más de 30 años. Sigue siendo una tecnología muy eficaz, eficiente y rentable. El desarrollo de LCD aún continúa a buen ritmo con mejoras adicionales para mejorar todos los aspectos de su rendimiento.
OLED ha sido muy comercializado y promovido como capaz de proporcionar la siguiente alternativa sostenible y de largo plazo a la tecnología LCD. Sigue siendo vista como una tecnología inmadura con constantes cuestiones técnicas que hay que superar, como una consistente y larga vida útil del producto. El uso de OLED a la fecha se ha limitado a aplicaciones de consumo de venta masiva tales como cámaras digitales y teléfonos inteligentes.

La tecnología TFT IPS tiene ventajas notables sobre la tecnología tradicional TFT TN y otras tecnologías competidoras TFT y se está convirtiendo en la más común en una amplia gama de aplicaciones que requieren la reproducción de visualización consistente y precisa, como equipos médicos, navegación marítima, señalización digital y control de procesos industriales.

Es muy probable que las pantallas TFT IPS continuarán ofreciendo una tecnología de visualización altamente viable proporcionando liderazgo de rendimiento óptico en el mercado. Por lo tanto, para garantizar que la interfaz gráfica de usuario ofrece la mejor sensación, se debe considerar una pantalla TFT IPS.

Autor: Mark Stephenson, Director de Marketing de Producto en Hitachi Display Products Group

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