tecnologia dei display


il display LCD   - liquid cristal display -

STORIA

Oggi i cristalli liquidi sono talmente diffusi che spesso non ne notiamo neanche la presenza nella nostra vita quotidiana. In realtà, sono passati parecchi anni, dalla loro scoperta  alla moltitudine di applicazioni in cui ce ne serviamo oggi. 

I cristalli liquidi furono osservati per la prima volta nel 1888, da  Friedrich Reinitzer, botanico Austriaco. Reinitzer osservò che quando riscaldava una strana sostanza organica (cholesteryl benzoate), essa, prima diventava torbida, poi si schiariva man mano che la sua temperatura si alzava. Dopo il raffreddamento, il liquido diventava bluastro e poi cristallizzava.

 

80 anni dopo, nel 1968, la RCA realizza il primo display sperimentale LCD. Da questa data lo sviluppo di questi display è stato incessante e sempre ricco di ingegnose varianti e nuove scoperte che ne hanno migliorato il funzionamento portando gli LCD ad elevati livelli di complessità tecnica.

...E ci sono tutte le premesse affinchè noi continuiamo a servirci di display LCD sempre nuovi e migliori anche in futuro. 

Vediamo quali sono i tipi di display LCD attualmente in commercio:

Display TN

Il display TN (twisted nematic) è (o è stato) probabilmente il più diffuso grazie alla sua semplicità. E’ costituito da una fase nematica che viene collocata tra due lastre di vetro opportunamente trattate che fanno orientare le molecole del cristallo liquido parallelamente ad esse. Le due lastre sono tuttavia sfasate di 90°, in modo che le molecole adiacenti alla lastra superiore siano orientate perpendicolarmente a quelle della lastra inferiore. Nel cuore della fase liquido-cristallina le molecole tenderanno quindi ad assumere posizioni intermedie fino a generare una struttura elicoidale simile a quella della fase colesterica (vedi figura).

 

Esternamente alle due lastre di vetro, come si vede, sono anche collocati due polarizzatori con orientazione perpendicolare l’ uno rispetto all’ altro. In più, nei display cosiddetti riflettenti (che sfruttano cioè la stessa luce dell’ ambiente per illuminarsi) vi è anche uno specchio collocato al di sotto del secondo polarizzatore. In pratica la luce dell’ ambiente (che entra dall’ alto) viene polarizzata dal primo polarizzatore ed entra nella fase liquido-cristallina. In virtù della disposizione simil-colesterica delle molecole la polarizzazione della luce incidente viene ruotata di 90°, cosicchè la radiazione riesce a passare anche attraverso il secondo polarizzatore. Si ha dunque una successiva riflessione nello specchio, un nuovo passaggio attraverso il secondo polarizzatore, una nuova rotazione di 90° del piano di polarizzazione indotto dalla fase liquido-cristallina e infine l’ uscita dal primo polarizzatore. Il cristallo così descritto appare dunque illuminato. Se invece al cristallo è applicato un campo elettrico esterno perpendicolare ai piani delle due lastre di vetro, le molecole tenderanno ad orientarsi con il campo a dispetto dell’ azione di ancoraggio delle due lastre stesse. La struttura elicoidale viene dunque rotta e di conseguenza la fase liquido-cristallina non è più in grado di ruotare il piano di polarizzazione della luce incidente. Poichè quindi la radiazione che entra dall’ alto viene bloccata dal secondo polarizzatore il cristallo appare nero. Un display LCD è dunque composto da tante piccole zone (o pixel) che appaiono nere o illuminate a seconda se siano o meno sottoposte ad un campo elettrico esterno. A questo effetto si somma poi quello di colorazione precedentemente descritto. Nel caso di display di calcolatrici o comunque ogni volta che le “zone” da illuminare separatamente sono in numero limitato ciascuna zona è parte di un circuito elettrico separato. Quando invece i pixel sono in numero maggiore si ricorre ad un reticolo di elettrodi trasparenti disposti da un lato del cristallo (es. posteriormente) per riga e dall’ altro (es. anteriormente) per colonna. L’ attivazione di ogni singolo punto viene comandata da un meccanismo di indicizzazione rigaXcolonna, per cui ogni pixel si attiva quando passa corrente in entrambi gli elettrodi (anteriore e posteriore) che lo riguardano.

 

Il display TN è caratterizzato da un bassissimo consumo (usa la luce ambiente per illuminare lo schermo) ed ha quindi trovato subito numerose applicazioni nel campo dei computer portatili. Tra gli svantaggi vi sono però un contrasto piuttosto ridotto e un angolo di “corretta visione” piuttosto ristretto (circa 20°), dovuti anche alla presenza dello strato di elettrodi trasparenti davanti al video.

Display STN

Il display STN (supertwisted nematic) non è altro che una evoluzione del TN in cui le molecole della fase nematica (e quindi anche la luce polarizzata incidente) subiscono una rotazione di 270° invece che di 90°. I vantaggi principali da essi offerti sono un maggiore contrasto (circa il triplo) ed un maggiore angolo di “corretta visione” (circa il doppio) rispetto ai TN. Presentano tuttavia maggiori problemi di birifrangenza, per cui qualche volta possono verificarsi “shift” del colore della luce emergente. Esistono comunque opportuni metodi correttivi che permettono di ovviare a questi inconvenienti.

Display TFT

Il display TFT (thin film transistor) rappresenta l’ ultimo grido in fatto di display a cristalli liquidi. Nel display TFT l’ indirizzamento rigaXcolonna di ogni singolo pixel avviene tutto alle spalle del display stesso e i pixel sono attivati da un apposito transistor. Quindi non è più necessario porre davanti al video una serie di elettrodi-riga o di elettrodi-colonna mentre è sufficiente la presenza di una unica lastra trasparente con funzioni di “terra”. Il contrasto può dunque quadruplicare rispetto agli STN e anche l’ angolo di visuale risulta leggermente più ampio. E’ chiaro, tuttavia, che la maggiore complessità tecnologica dei TFT e dunque il loro maggiore costo ne limita (per ora) l’ utilizzo ad applicazioni prevalentemente professionali.

 


Passive versus Active  

 

sia nei display a matrice passiva che in quelli a matrice attiva i pixels sullo schermo sono indicizzati una riga alla volta attraverso gli elettrodi-riga. Durante ogni ciclo di indirizzamento, il singolo pixel sulla riga viene acceso o spento da un voltaggio specifico condotto dall'elettrodo colonna.

In un display a matrice passiva, l'informazione visibile è rappresentata da una serie di pixel che si accendono e spengono e che devono necessariamente rimanere accesi il tempo necessario affinchè il sistema indirizzi tutte le altre righe e colonne (nel caso dei display PolyLED questo avviene istantaneamente). Questo tipo di display basa la sua logica sulla combinazione del tempo di accensione e spegnimento (detto fade-rate) dei pixel e della persistenza delle immagini nell'occhio umano. L'attenta valutazione di questi parametri fa si che l'occhio non percepisca sfarfallamenti nell'immagine.

In un display a matrice attiva ogni pixel è collegato ai corrispondenti elettrodi riga e colonna da uno o più interruttori a transistor. Questi transistor comandano lo stato (acceso-spento) del pixel indipendentemente dall'attivita elettrica della riga sulla quale è posizionato il pixel. In questo modo ogni pixel non si accende e spegne ad ogni refresh dello schermo ma rimane acceso o spento  con continuità: l'immagine rappresentata da ogni riga di pixel rimane quindi statica fino a che la riga non viene re-indirizzata, eliminando così qualsiasi possibilità di flicker.

 

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