Come funziona lo schermo LCD

I monitor a cristalli liquidi stanno progressivamente rimpiazzando i CRT. Le caratteristiche da valutare prima dell’acqsuito

settembre 2004 Secondo stime dell'anno scorso, il 2004 è
l'anno in cui i monitor LCD potrebbero raggiungere il 50% del mercato,
rimpiazzando progressivamente i CRT in tutte le applicazioni, tranne quelle
professionali dove è richiesta la fedeltà cromatica e il massimo
numero di colori.

I vantaggi degli LCD sono nitidezza, assenza di distorsione,
luminosità, assenza di radiazioni nocive, peso, ingombro e consumo ridotti.
I principali svantaggi sono il prezzo superiore, la possibile
presenza di pixel difettosi e la gamma cromatica approssimativa, che riguarda
i livelli del nero e del bianco e l'imprecisione dei colori e dei grigi.

Cristalli liquidi
Negli anni '80 e parte degli anni '90 i notebook hanno utilizzato
schermi LCD passivi (privi di componenti attivi, come i transistor),
in cui l'applicazione del campo elettrico serviva a dosare il passaggio
di luce attraverso lo schermo.

Ai display a luce riflessa seguirono quelli con retroilluminazione
e l'uso di schermi colorati permise di realizzare display a colori. Questi
display si chiamano Twisted Nematic in base al principio di
funzionamento, che ha a che fare con la rotazione (twist) delle molecole e la
loro disposizione a filamento (nemato in greco).

Le molecole dei cristalli liquidi, normalmente, sono allineate
in filamenti che vanno da una faccia all'altra del sandwich che forma
il display. Inoltre hanno la tendenza ad allinearsi spontaneamente con la struttura
delle superfici con cui si trovano a contatto.

I due supporti di vetro che formano il pannello sono incisi con sottili solchi
paralleli e sono montati in modo che i solchi siano perpendicolari tra loro.

Nel tempo si sono utilizzati materiali diversi per i cristalli liquidi e vari
tipi di circuiti per pilotare la matrice di punti che forma lo schermo LCD.

Gli schermi passivi sono noti anche come LCD a matrice passiva
o DSTN (Dual Scan Twisted Nematic), basati sulla scansione
simultanea delle righe di pixel delle due metà dello schermo. Gli schermi
moderni sono per lo più a matrice attiva o TFT
(Thin Film Transistor)
, perché utilizzano transistor a film
sottile deposti su uno dei due strati di vetro.

Sandwich
Un pannello LCD, nella sua forma elementare, è composto di vari strati,
come un sandwich.

Oltre ai due strati di vetro con in mezzo i cristalli liquidi, ci sono gli
elettrodi (depositati sul vetro sotto forma di ossidi metallici
trasparenti), i filtri colorati (tre per pixel, rosso, verde e blu, cioè
RGB) e i filtri polarizzatori.

Nel caso dei pannelli TFT, si aggiungono, per ogni subpixel
(i componenti R, G e B di ogni pixel), un transistor a film sottile, un condensatore
e le relative linee di controllo.

Nei primi display di orologi e calcolatrici, le cifre e i caratteri erano formati
da pochi elementi pilotati direttamente dai circuiti di controllo, come nel
caso delle cifre a sette segmenti. Per questi display si parla quindi di direct
driving (pilotaggio diretto).

Per uno schermo di computer si usa invece una matrice di punti,
così da rappresentare caratteri e immagini. In questo caso si parla di
display a matrice e di matrix driving (pilotaggio a matrice). I circuiti di
controllo eseguono la continua scansione delle righe (tipicamente 60 volte al
secondo per l'intero schermo) e forniscono la tensione opportuna (il grado
di luminosità
) a ciascun subpixel. Nel caso di uno schermo da
1024x768 pixel, ci sono 2.359.296 transistor che controllano altrettanti subpixel.

Matrice passiva e attiva
Negli LCD a matrice passiva non ci sono dispositivi di commutazione
a livello pixel. I conduttori verticali della matrice sono gli elettrodi del
segnale, mentre le colonne orizzontali sono gli elettrodi di scansione.

Alle colonne sono applicati gli impulsi di segnale dei pixel di ogni riga,
man mano che la scansione delle righe attiva in sequenza ciascuna delle colonne
orizzontali.

I pixel vengono pilotati quindi riga per riga, non singolarmente, con la conseguenza
che l'immagine è poco luminosa e contrastata, i pixel cambiano
stato lentamente e l'interferenza elettrica tra i pixel selezionati e
quelli non selezionati produce sfocatura e altri inconvenienti.

Negli LCD a matrice attiva ogni subpixel ha il suo circuito
di commutazione realizzato in tecnica a film sottile (thin film)
con un transistor FET (Field Effect Transistor). Le righe e
le colonne della matrice sono indipendenti e permettono di pilotare ciascun
subpixel, eliminando i difetti dei display a matrice passiva.

continua...

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