Come funziona lo schermo LCD – parte 2

Il display TFT Oggi la maggior parte dei monitor LCD sono di tipo TFT a matrice attiva, costituiti dal pannello LCD, dai circuiti di pilotaggio, dalla lampada di retroilluminazione e dai circuiti di alimentazione. I l modulo di controllo comprende tra …

Il display TFT
Oggi la maggior parte dei monitor LCD sono di tipo TFT a matrice attiva, costituiti
dal pannello LCD, dai circuiti di pilotaggio,
dalla lampada di retroilluminazione e dai circuiti
di alimentazione
. I

l modulo di controllo comprende tra l’altro: un convertitore DC/DC che
fornisce i vari livelli di tensione continua per controllare i cristalli liquidi,
un circuito di controllo e i circuiti di pilotaggio delle colonne e delle righe.
Un invertitore DC/AC fornisce l’alta tensione per alimentare le lampade
fluorescenti a catodo freddo (CCFL) che provvedono alla retroilluminazione.

Il segnale di ingresso al monitor, digitale o convertito da analogico a digitale,
va in ingresso al circuito di controllo e da qui ai circuiti di pilotaggio delle
colonne (source driver) e delle righe (gate driver).

I source e gate driver sono così chiamati perché
controllano gli omonimi elettrodi dei transistor FET; gate (porta) è
l’elettrodo di controllo; source (fonte) e drain (scarico) sono gli elettrodi
attraverso cui passa la corrente controllata dal gate.

Per attivare un subpixel, si forniscono gli opportuni segnali alla riga (gate)
e alla colonna (source) del transistor corrispondente; per controllare un pixel
si attiva una riga e le tre colonne (segnali RGB) del pixel. I valori di segnale
forniti ai transistor determinano la percentuale di trasmissione della luce
attraverso il pannello e i filtri rosso, verde, blu, illuminando il pixel con
la tonalità cromatica desiderata.

Il pixel
Di base, il circuito che pilota ogni subpixel è formato
da un transistor e da un condensatore (Cs) come carico d’uscita
del TFT. Del circuito fa parte anche la capacità virtuale del cristallo
liquido (Clc)
.

Applicando un impulso di circa +20V alla linea gate, il TFT viene acceso, i
Cs e Clc si caricano e la tensione sull’elettrodo specifico del subpixel
(indicato come elettrodo pixel nell’immagine) sale al livello del segnale
applicato alla linea dati.

Il TFT si spegne quando la tensione sul gate scende a -5 V. Il condensatore
Cs ha la funzione di mantenere la tensione sull’elettrodo pixel fino alla
successiva scansione.

I cristalli liquidi devono essere pilotati a corrente alternata per evitare
stress nel materiale che causano un deterioramento dell’immagine. Questo
è realizzato solitamente invertendo la polarità della tensione
applicata ai pixel a ogni cambio di frame, in modo da evitare sfarfallii dell’immagine.

Gli elettrodi gate e source di ogni subpixel sono usati in condivisione sulle
righe (le linee gate) e sulle colonne (le linee dati)
della matrice,
ma ciascun subpixel può essere indirizzato individualmente senza interferire
con quelli vicini. Il funzionamento di un LCD si basa sulla scansione progressiva
delle linee gate applicando, per ciascuna riga dell’immagine, i segnali
opportuni alle linee dati.

Colori
A differenza di un CRT, i cui fosfori generano la luce emessa dallo schermo,
un LCD è un mezzo trasmissivo, cioè si limita
a ridurre e a filtrare la luce che lo attraversa.

Nella maggioranza dei display TFT, la luce è generata da lampade
a catodo freddo
poste dietro o di fianco allo schermo. I filtri rosso,
verde e blu di ogni pixel sono talmente piccoli che l’occhio percepisce
la luce che li attraversa secondo un’unica tonalità cromatica risultante
dalla somma delle tre componenti primarie.

In un display a 16 milioni di colori, ogni subpixel può essere pilotato
da un segnale che ha 256 possibili valori. A ciascuno di essi corrisponde un
valore dell’intensità di luce che attraversa il subpixel, dalla
quasi totale opacità del cristallo liquido alla sua massima trasparenza,
filtrata dallo schermo colorato del subpixel.

La gamma cromatica così generata è un sottoinsieme
dello spettro percepibile dall’occhio umano, ma è adeguata per
la maggior parte delle applicazioni. è utile sapere che la gamma cromatica
degli LCD per i notebook è più ristretta rispetto a quella degli
LCD per desktop, a sua volta un subset della gamma emessa da uno schermo CRT.
Il rosso e il verde di un LCD si avvicina a quelli di un CRT, ma il blu è
meno saturo, specialmente nei portatili.

Quale silicio
Ci sono diversi tipi di LCD a matrice attiva. Nella maggior parte dei casi i
transistor TFT sono depositati utilizzando silicio amorfo (a-Si),
che permette di produrre pannelli di ampia superficie utilizzando un substrato
di vetro a bassa temperatura (300-400°).

Una tecnologia alternativa impiegata da alcuni anni per display di piccole
dimensioni e per alcuni LCD per computer è quella del silicio
policristallino,
detto anche polisilicio (p-Si). Toshiba
è stata la prima a produrre notebook con LCD in polisilicio, ma solo
su modelli particolari.

Gli LCD a-Si sono più economici e facili da produrre,
ma quelli p-Si, caratterizzati da una maggiore mobilità
degli elettroni nel TFT (da uno a due ordini di grandezza), offrono notevoli
vantaggi
.

Le minori dimensioni dei transistor (consentite dalla maggiore mobilità
degli elettroni) permettono di aumentarne la densità, tanto da rendere
possibili risoluzioni fino a 200 pixel per pollice.

Un altro vantaggio fondamentale del p-Si è che i circuiti di pilotaggio
(driver di righe e colonne) possono essere incorporati nello schermo, anziché
essere implementati con circuiti esterni. Questo riduce drasticamente il numero
di connessioni elettriche sull’LCD; per esempio, uno schermo da 12”
XGA passa da oltre 4000 a 200 connessioni, aumentando la compattezza e affidabilità
del modulo LCD (infatti Toshiba ha iniziato a introdurre gli LCD p-Si sui piccoli
Portegé).

In breve, il silicio policristallino consente di produrre LCD più nitidi
e luminosi, più compatti e affidabili e con risoluzione superiore. Se
state per acquistare un notebook, dovreste includere, tra i criteri di valutazione,
anche la tecnologia di fabbricazione dell’LCD.

Varianti
Rispetto ai cristalli liquidi standard, che lasciano passare la luce in assenza
di campo elettrico e che si basano su molecole normalmente parallele al pannello,
una variante tedesca chiamata VA (allineamento verticale) utilizza cristalli
liquidi con molecole normalmente perpendicolari al vetro.

Il vantaggio è che, se ci sono difetti di fabbricazione che lasciano
alcuni pixel privi di alimentazione, questi appariranno neri anziché
luminosi, rendendo il difetto molto più sopportabile.

L’evoluzione degli LCD VA è stata la MVA
(Multi-domain Vertical Alignment)
, che determina la rotazione delle
molecole di cristallo liquido in più direzioni per ogni cella anziché
in una sola direzione come nella tecnologia di base.

Così, guardando lo schermo da varie angolature, la visione è
relativamente uniforme, mentre negli schermi standard varia tra chiaro e scuro
in base all’allineamento dell’osservatore rispetto all’orientamento
delle molecole.

Per una visione angolata o collettiva di un LCD, l’MVA è un attributo
desiderabile quando scegliete l’LCD da acquistare, come lo è il
tempo di risposta: perché un pixel possa accendersi
e spegnersi entro 1/60 di secondo (il periodo di refresh),
così da garantire la massima fluidità delle immagini in movimento
il tempo di risposta non deve superare i 16 ms, ma è un requisito raggiunto
solo dagli LCD più recenti.

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