Che cos'è la tecnologia di visualizzazione Twisted Nematic (TN)?


Per comprendere appieno la tecnologia TN LCD (Twist Nematic Liquid Crystal Display), capiremo prima cosa sono i cristalli liquidi nematici.

Maggiori informazioni sulla tecnologia LCD si possono trovare qui:

 

Cos'è il cristallo liquido nematico?

Tutti sappiamo che l'acqua (la formula chimica è H2O ) ha 3 stati: solido (ghiaccio), liquido (acqua) e gas (vapore). Lo stato liquido è isotropo, il che significa che le sue proprietà sono uniformi in tutte le direzioni, il risultato di H2O molecole in costante movimento casuale. Lo stato solido è cristallino, tutte le molecole di H2O hanno la loro posizione fissa, è anisotropo; le proprietà ottiche e di altro tipo, come la conduttività termica ed elettrica, variano con la direzione.

Lo stato a cristalli liquidi è uno stato unico non incluso nei 3 stati precedenti. È uno stato tra gli stati cristallino (solido) e isotropo (liquido). Anche nello stato di cristalli liquidi, ci sono diversi tipi di stati di cristalli liquidi, come di seguito.

Fase nematica

La fase di cristallo liquido nematico è caratterizzata da molecole che mantengono l'ordine generale tendendo a puntare nella stessa direzione. Ha un ordine dimensionale. Vedi Fig.1

Fase Smectic

In fase smectic, le molecole mostrano un ordine bidimensionale non presente nel nematico. Le molecole mantengono l'orientamento generale del nematico, ma tendono anche ad allinearsi in strati o piani. È lo stato tra nematico (ordine unidimensionale) e stato solido (ordine tridimensionale). Vedi Fig.1.

Fase colesterica

La fase a cristalli liquidi colesterica (o nematica chirale) è tipicamente le molecole sono orientate direzionalmente e impilate in uno schema elicoidale, con ogni strato ruotato di un leggero angolo rispetto a quelli sopra e sotto di esso. Vedi Fig.1.

Nematico contorto

Fig. 1. Fasi nematiche, smetiche e colesteriche

 

Nella tecnologia dei display LCD, solo il cristallo liquido nematico è praticamente utilizzato e il cristallo liquido colesterico viene drogato con piccole quantità per aiutare le molecole di cristalli liquidi nematici a torcersi. Questa è l'origine del termine "Twisted Nematic" o TN per Nematic Display in breve.  

 

Che cos'è il display TN (Twisted Nematic)?

Come funziona il display TN

Un semplice pannello TN contiene due polarizzatori, due substrati di vetro con elettrodi trasparenti, ITO (Indium Tin Oxide) e un sottile strato di materiale a cristalli liquidi inserito tra gli elettrodi. Vedi Fig.2

Display nematico contorto

Fig.2 Come funzionano i pannelli TN

 

Quando la tensione è disattivata, la luce naturale proveniente dalla sorgente luminosa passa attraverso il polarizzatore superiore per diventare luce lineare polarizzata. Quando incontra molecole di cristalli liquidi nematici, si attorciglia con lo strato di torsione di cristalli liquidi. Dopo aver ruotato di 90o, passa attraverso il vetro inferiore e arriva al polarizzatore inferiore. Poiché la luce polarizzata è in posizione parallela con il polarizzatore inferiore, passa attraverso il polarizzatore e possiamo vedere la luce (pixel bianco o grigio).  

 

Quando la tensione è attiva, la molecola di cristallo liquido sarà perpendicolare alla superficie del vetro e perderà la sua torsione sotto il campo elettrico. Quando la luce polarizzata incontra lo strato di cristalli liquidi nematici, mantiene l'originale trasmissivo senza torcersi. Sarà bloccato dal polarizzatore inferiore poiché la luce lineare e il polarizzatore inferiore sono in posizione perpendicolare. Vediamo la luce (pixel nero)

Da quanto sopra si capisce:

  • Perché chiamiamo TN come display twist, poiché ruota di 90o,
  • Otteniamo un display positivo sopra, ovvero caratteri neri su sfondo bianco o grigio.

Pannelli in vetro avere due modalità. Modalità positiva (caratteri neri su sfondo bianco/grigio) o Modalità negativa (caratteri bianchi/grigi su sfondo nero). Il motivo per cui l'LCD TN non può ottenere uno sfondo bianco carta è il fatto che la polarizzazione taglia la maggior parte della luce, solo dal 20% al 40% di luce può passare attraverso un LCD TN

 

Vantaggi e svantaggi della tecnologia di visualizzazione TN

vantaggi:

  • – Basso costo: i materiali utilizzati sono a basso costo e il processo di fabbricazione è semplice.
  • – Basso consumo energetico: la guida dello schermo TN è semplice e le frequenze di aggiornamento possono essere lente, il che lo rende adatto ai dispositivi portatili e alimentati a batteria.
  • – Tempi di risposta o velocità più rapidi: gli LCD TN possono essere utilizzati anche per tapparelle, maschere per saldatura e monitor da gioco.
  • – Ampio intervallo di temperatura di funzionamento: gli LCD TN possono essere utilizzati per ambienti estremi con intervallo di temperatura di funzionamento -40% oC a + 90 oC.
  • – Leggibile alla luce del sole: gli LCD TN possono essere facilmente costruiti per applicazioni leggibili alla luce del sole aggiungendo polarizzatori riflettenti o transflettivi.

 

svantaggi:

  • – Rapporto di contrasto basso: i pannelli del display TN hanno un contrasto scarso.
  • – Angolo di visione: gli LCD TN hanno un angolo di visione scarso, in particolare una direzione dell'angolo di visione non è totalmente utilizzabile. Ecco perché dobbiamo definire l'angolo di visualizzazione degli LCD TN nell'applicazione come ore 6 o ore 12.
  • – Capacità di multiplexing limitata per LCD TN passivi: questo è il motivo per cui gli LCD TN sono utilizzati principalmente per applicazioni semplici e di fascia bassa, come orologi a basso costo, calcolatrici, contatori di utenze ecc.

 

Tecnologia TN combinata con Tecnologia TFT che possono essere utilizzati per applicazioni ad alta risoluzione e hanno oggi un grande successo commerciale nel mercato. LCD TN TFT, chiamati anche LCD TFT sul mercato, sono a basso costo e sono principalmente utilizzati per laptop, monitor di computer, monitor medici e altri display di uso generale ecc. grazie al loro basso costo. Ma per il mercato di fascia alta, la tecnologia TN sta affrontando la crescente concorrenza della tecnologia IPS (In-Plane Switching) e della tecnologia di visualizzazione VA (allineamento verticale). I monitor IPS hanno un angolo di visione, contrasto, saturazione del colore e riproduzione dei colori molto migliori rispetto ai monitor TFT.

 

Anche la tecnologia TN TFT sta affrontando una sfida crescente da parte di AMOLED (Active Matrix OLED). Ora sul mercato stanno emergendo anche i micro display a LED. I display LCD TFT a matrice attiva di tipo TN stanno affrontando la pressione nel mercato dei display di grandi dimensioni. Ma crediamo che il display TN sarà disponibile sul mercato per molto tempo grazie al suo basso costo, al basso consumo energetico e alla facilità di produzione e utilizzo.