Uno schermo LCD include un sottile strato di materiale a cristalli liquidi inserito tra due elettrodi su substrati di vetro, con due polarizzatori su ciascun lato. Un polarizzatore è un filtro ottico che lascia passare le onde luminose di una specifica polarizzazione bloccando le onde luminose di altre polarizzazioni. Gli elettrodi devono essere trasparenti, quindi il materiale più popolare è ITO (Indium Tin Oxide).

Poiché l'LCD non può emettere luce da solo, normalmente viene posizionata una retroilluminazione dietro uno schermo LCD per essere visto durante l'ambiente buio. Le sorgenti luminose per la retroilluminazione possono essere LED (Light Emitting Diode) o CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamps). La retroilluminazione a LED è la più popolare. Naturalmente, se ti piace avere un display a colori, uno strato di filtro a colori può essere trasformato in una cella LCD. Il filtro colore è costituito dal colore RGB. Puoi anche aggiungere un pannello a sfioramento davanti a un LCD.

Fig. 1 Struttura del display LCD

Come funzionano gli LCD?

La prima tecnologia di pannello LCD in produzione di massa si chiama TN (Twisted Nematic). Il principio alla base degli LCD è che quando un campo elettrico non viene applicato alle molecole di cristalli liquidi, le molecole ruotano di 90 gradi nella cella LCD. Quando la luce della luce ambientale o della retroilluminazione passa attraverso il primo polarizzatore, la luce viene polarizzata e attorcigliata con lo strato molecolare di cristalli liquidi. Quando raggiunge il secondo polarizzatore, è bloccato. Lo spettatore vede che il display è nero.

Quando un campo elettrico viene applicato alle molecole di cristalli liquidi, non sono attorcigliate.  Quando la luce polarizzata raggiunge lo strato di molecole di cristalli liquidi, la luce passa dritta senza essere attorcigliata. Quando raggiunge il secondo polarizzatore, passerà anche lui, lo spettatore vede che il display è luminoso.

Poiché la tecnologia LCD utilizza campi elettrici anziché corrente elettrica (l'elettrone passa attraverso), ha un basso consumo energetico.

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Fig. 2 Come funzionano gli LCD

 

Le basi dei display LCD

L'LCD più basilare introdotto sopra è chiamato LCD a matrice passiva che può essere trovato principalmente in applicazioni di fascia bassa o semplici come calcolatrici, contatori di utilità, orologi digitali per la prima volta, sveglie ecc.  Gli LCD a matrice passiva hanno molte limitazioni, come l'angolo di visione stretto, la bassa velocità di risposta, la luminosità, ma è ottimo per il consumo energetico.

Per migliorare gli svantaggi, scienziati e ingegneri hanno sviluppato la tecnologia LCD a matrice attiva. La più utilizzata è la tecnologia LCD TFT (Thin Film Transistor). Sulla base di TFT LCD, vengono sviluppate tecnologie LCD ancora più moderne. Il più noto è l'LCD IPS (In Plane Switching).  Ha un angolo di visione super ampio, una qualità dell'immagine dell'immagine superiore, una risposta rapida, un ottimo contrasto, meno difetti di burn-in, ecc.

Gli LCD IPS sono ampiamente utilizzati in monitor LCD, TV LCD, Iphone, pad ecc. Samsung ha persino rivoluzionato la retroilluminazione a LED per essere QLED (quantum dot) per spegnere i LED ovunque non sia necessaria la luce per produrre neri più profondi.

Fig. 3 Display a colori TFT attivo

Diversi tipi di LCD

• • – Display nematico contorto:  I LCD TN (Twisted Nematic) la produzione può essere eseguita più frequentemente e utilizzare diversi tipi di display in tutti i settori. Questi display sono più frequentemente utilizzati dai giocatori in quanto sono economici e hanno tempi di risposta rapidi rispetto ad altri display. Lo svantaggio principale di questi display è che hanno una bassa qualità e rapporti di contrasto parziali, angoli di visualizzazione e riproduzione del colore. Ma questi dispositivi sono sufficienti per le operazioni quotidiane.

 

• • – Display di commutazione in piano:  Display IPS sono considerati i migliori LCD perché forniscono una buona qualità dell'immagine, angoli di visualizzazione più elevati, precisione e differenza dei colori vibranti. Questi display sono utilizzati principalmente dai grafici e in alcune altre applicazioni, gli LCD richiedono i massimi standard potenziali per la riproduzione di immagini e colori.

 

• • – Pannello di allineamento verticale: il allineamento verticale (VA) i pannelli cadono ovunque al centro tra Twisted Nematic e la tecnologia dei pannelli di commutazione in piano. Questi pannelli hanno i migliori angoli di visualizzazione e una riproduzione dei colori con caratteristiche di qualità superiore rispetto ai display di tipo TN. Questi pannelli hanno un tempo di risposta basso. Ma questi sono molto più ragionevoli e appropriati per l'uso quotidiano.

 

• • – La struttura di questo pannello genera neri più profondi e colori migliori rispetto al display nematico contorto. E diversi allineamenti dei cristalli possono consentire angoli di visualizzazione migliori rispetto ai display di tipo TN. Questi display arrivano con un compromesso perché sono costosi rispetto ad altri display. E hanno anche tempi di risposta lenti e frequenze di aggiornamento basse.

 

• • – Commutazione avanzata del campo di frangia (AFFS):  Gli LCD AFFS offrono le migliori prestazioni e un'ampia gamma di riproduzione dei colori rispetto ai display IPS. Le applicazioni di AFFS sono molto avanzate perché possono ridurre la distorsione del colore senza compromettere l'ampio angolo di visione. Di solito, questo display viene utilizzato in ambienti altamente avanzati e professionali come nelle cabine di pilotaggio degli aerei vitali.

 

• • – Display a matrice passiva e attiva: Gli LCD di tipo a matrice passiva funzionano con una semplice griglia in modo che la carica possa essere fornita a un pixel specifico sull'LCD. Uno strato di vetro fornisce colonne mentre l'altro fornisce righe progettate utilizzando un materiale conduttivo trasparente come l'ossido di indio-stagno. Il sistema a matrice passiva presenta importanti inconvenienti, in particolare il tempo di risposta è un controllo della tensione lento e impreciso. Il tempo di risposta del display si riferisce principalmente alla capacità del display di aggiornare l'immagine visualizzata.

 

• - Gli LCD di tipo a matrice attiva dipendono principalmente da TFT (transistor a film sottile). Questi transistor sono piccoli transistor di commutazione e condensatori che sono posizionati all'interno di una matrice su un substrato di vetro. Quando viene attivata la riga corretta, una carica può essere trasmessa lungo la colonna esatta in modo da poter indirizzare un pixel specifico, poiché tutte le righe aggiuntive che la colonna interseca vengono disattivate, semplicemente il condensatore accanto al pixel designato ottiene una carica .

 

Vantaggi rispetto ad altri display

Le tecnologie LCD hanno grandi vantaggi di consumi leggeri, sottili e a basso consumo che hanno reso possibili wall TV, laptop, smartphone, pad. Sulla strada del progresso, ha spazzato via la concorrenza di molte tecnologie di visualizzazione. Non vediamo più monitor CRT sulle nostre scrivanie e TV con schermi al plasma a casa nostra. Le tecnologie LCD ora dominano il mercato dei display. Ma qualsiasi tecnologia ha dei limiti.

Le tecnologie LCD hanno tempi di risposta lenti soprattutto a basse temperature, angoli di visione limitati, è necessaria la retroilluminazione. Concentrandosi sugli svantaggi LCD, è stata sviluppata la tecnologia OLED (Organic Light Emitting Diodes). Alcuni TV e telefoni cellulari di fascia alta iniziano a utilizzare i display AMOLED (Active Matrix Organic Light Emitting Diodes).

Questa tecnologia all'avanguardia offre una riproduzione dei colori ancora migliore, una qualità dell'immagine nitida, una migliore gamma di colori, un minor consumo energetico rispetto alla tecnologia LCD. Si prega di notare che i display OLED includono AMOLED e PMOLED (Diodi emettitori di luce organici a matrice passiva). Quello che devi scegliere è AMOLED per TV e telefoni cellulari invece di PMOLED.

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