Tecnologie TFT LCD ad ampio angolo di visione

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Struttura LCD TFT

Per una spiegazione più dettagliata della struttura LCD TFT o degli LCD in generale, fare riferimento a Conoscenze di base LCD TFT or Introduzione agli LCD.

I LCD TFT o display a cristalli liquidi a transistor a film sottile, è una forma popolare di tecnologia di visualizzazione spesso utilizzata nei monitor dei computer e negli schermi di altri dispositivi comuni. Questo modulo display, o più specificamente Modulo LCD, è composto da tre livelli chiave. Lo strato più profondo, più vicino alla parte posteriore del dispositivo è composto, elencato dal più lontano al più vicino alla superficie, il primo polarizzatore, un substrato di vetro, elettrodi pixel e TFT. Lo strato più superficiale è simile a questo strato, poiché ha anche un substrato di vetro, un polarizzatore e (in alcune matrici) elettrodi; tuttavia, l'ordine di questi componenti è invertito rispetto all'altro strato (il polarizzatore è il più vicino alla superficie) e in questo strato è presente un filtro colore RGB. Tra questi due strati esiste uno strato di molecole di cristalli liquidi che trasporta cariche ed energia verso la superficie del display LCD TFT. Le molecole di cristallo possono essere allineate in vari modi per alterare le proprietà di visualizzazione dello schermo LCD.

Essendo un dispositivo LCD a matrice attiva, i singoli pixel del display LCD TFT sono costituiti da sub-pixel rossi, verdi e blu, ciascuno con il proprio TFT e gli elettrodi sottostanti. Questi sub-pixel sono controllati individualmente e attivamente, da qui il nome active-matrix; questo consente quindi un tempo di risposta più fluido e veloce. La matrice attiva consente anche modalità di visualizzazione più grandi che continuano a mantenere la qualità del colore, la frequenza di aggiornamento e la risoluzione quando le proporzioni vengono aumentate.

All'interno dei pixel che compongono il display LCD TFT, gli elettrodi svolgono un ruolo nel condurre il circuito tra di loro. Se stratificati su entrambi gli interni dei due substrati di vetro, gli elettrodi, insieme al TFT, creano un percorso elettrico all'interno dello strato di cristalli liquidi. Esistono anche altri posizionamenti di elettrodi oltre sulla superficie e sul retro del dispositivo che modificano l'effetto del percorso elettrico tra i substrati (di cui parleremo più avanti in questo articolo). Questo percorso ha un effetto sui cristalli attraverso il suo campo elettrico, che è uno dei concetti TFT responsabili del consumo energetico basso e ridotto al minimo dei TFT, rendendoli così efficienti e attraenti.

Quando il campo elettrico interagisce con le molecole di cristalli liquidi, le molecole possono allinearsi in vari modi, cambiando il modo in cui la luce passa attraverso il controluce del dispositivo (che si trova dietro il polarizzatore posteriore) alla superficie. Poiché gli schermi LCD non possono illuminarsi da soli, è necessaria una retroilluminazione per fornire un'illuminazione che il complesso LCD TFT poi manipola. I cristalli liquidi polarizzano la luce a diversi gradi e, di conseguenza, il polarizzatore di superficie fa passare diversi livelli di luce attraverso di essa, controllando così il colore e la luminosità del pixel.

 

LCD TFT tipo TN (Twisted Nematic)

Sebbene ci siano una varietà di modi per allineare le molecole di cristallo, l'utilizzo di un nematico ritorto (TN) per farlo è una delle opzioni più antiche, comuni ed economiche per la tecnologia LCD. Utilizza il campo elettrico tra gli elettrodi organizzati con uno sullo strato di substrato superficiale e l'altro sullo strato di substrato posteriore per manipolare i cristalli liquidi.

Quando nessun campo elettrico influenza la struttura dei cristalli, c'è una torsione di 90 gradi nell'allineamento. Questa torsione consente alla luce di muoversi attraverso lo strato, polarizzando la luce mentre passa per poi passare attraverso il polarizzatore di superficie.

Se viene applicato un campo elettrico, la torsione nella struttura cristallina delle molecole può essere svolta, raddrizzandole. Quando ciò accade, la luce non è polarizzata e non può passare attraverso il polarizzatore di superficie, visualizzando un pixel nero. È anche possibile creare una via di mezzo tra il pixel completamente illuminato o completamente opaco; se la luce è parzialmente polarizzata (il campo elettrico non raddrizza completamente l'allineamento del cristallo), viene emesso un livello medio di luminanza dalla retroilluminazione a LED attraverso il polarizzatore.

Sebbene questa sia una delle opzioni più economiche per la tecnologia di visualizzazione, ha i suoi problemi. Il TN TFT LCD non ha tempi di risposta migliori rispetto ad altri tipi e non fornisce un angolo di visione ampio come altri LCD TFT che utilizzano metodi di allineamento diversi. Un angolo di visione è la direzione in cui è possibile guardare uno schermo prima che l'immagine visualizzata non possa essere vista correttamente in termini di luce e colore. I display TN lottano principalmente con gli angoli di visualizzazione verticali, ma hanno anche angoli orizzontali un po' limitati. Questo limite dell'angolo di visione degli LCD TN è chiamato problema di inversione della scala di grigi.

 

Esistono diversi modi per risolvere il problema dell'inversione della scala di grigi.

Generalmente, quando l'angolo di visualizzazione non è ideale, la qualità dell'immagine nel suo insieme diminuisce. Cose come il rapporto di contrasto (il rapporto di luminanza tra il bianco più luminoso e il nero più scuro) e la leggibilità dello schermo non vengono preservate a causa di questo problema.

Tra i metodi di allineamento dei cristalli liquidi, TN è solo un'opzione per la tecnologia LCD. Esistono vari altri modi comuni per allineare i cristalli per un ampio angolo di visione, come l'allineamento verticale multidominio o la commutazione nel piano. Inoltre, a causa dell'abbondanza di dispositivi TN, è stato introdotto anche qualcosa chiamato O-film da abbinare agli schermi TN in modo che gli utenti non debbano acquistare dispositivi completamente nuovi.

 

LCD TFT MVA (allineamento verticale multidominio)

In poche parole, questo metodo divide la cella sotto ogni pixel in più domini. Con la divisione, le molecole nella stessa cella possono essere orientate in modo diverso, e così come gli utenti spostano le loro visualizzazioni del display, ci sono diversi allineamenti direzionali del cristallo che consentono di preservare le proprietà del display su questi angoli come alta luminosità e alto contrasto . Questo risolve il problema del cosiddetto allineamento verticale monodominio.

Sebbene per lo più simile al TN, l'MVA ha una caratteristica notevole nella sua cella che le celle TN non hanno: sporgenze di vetro. Tra gli elettrodi a sandwich, le sporgenze di vetro angolari riorientano la luce che viaggia all'interno dello strato in modo che quando esce dal polarizzatore di superficie, viaggi in una moltitudine di direzioni per soddisfare la necessità di un ampio angolo di visione.

Nei recenti sviluppi del display LCD TFT MVA, il rapporto di contrasto, la luminosità e i tempi di risposta sono tutti aumentati in termini di qualità. Il rapporto di contrasto, che era di 300:1 quando fu sviluppato per la prima volta nel 1997, è stato migliorato a 1000:1. Allo stesso modo, il tempo di risposta, caratterizzato dal tempo di salita (dal nero al bianco) e dal tempo di decadimento (dal bianco al nero), ha raggiunto tempi che sono i più veloci che l'occhio umano può elaborare, dimostrando l'adeguatezza dei display basati su MVA per le immagini in movimento.

 

LCD TFT IPS (commutazione nel pannello)

Un'altra soluzione al problema dell'inversione della scala di grigi causato da TN è il IPS LCD. In termini di benefici dell'IPS, è piuttosto simile al MVA. Ma strutturalmente, invece di avere elettrodi di superficie e posteriori, l'IPS posiziona entrambi gli elettrodi sul substrato posteriore. Questo costringe quindi le molecole a, quando il campo elettrico è attivo, cambiare orientamento, noto come commutazione piana, e allinearsi in modo parallelo ai substrati piuttosto che perpendicolarmente come nei dispositivi TN. In questo caso è necessaria una retroilluminazione più brillante, poiché la luce avrà bisogno di più energia per produrre la stessa luminosità del display che il TN potrebbe essere in grado di ottenere con meno luce dalla sorgente.

Con questo tipo di allineamento, gli angoli di visuale sono stati preservati in direzioni molto più ampie rispetto al TN. Recentemente, i display IPS hanno migliorato qualità come il tempo di risposta per rendere gli schermi IPS più desiderabili per i consumatori. Tuttavia, questo tipo di LCD TFT tenderà a costare più dei dispositivi TN.

 

TN vs O-Film vs MVA vs IPS TFT LCD

Mentre il TN TFT LCD ha il costo più basso, c'è un motivo. O-film, MVA e IPS TFT LCD hanno costi maggiori a causa delle loro tecnologie più complesse che migliorano l'angolo di visualizzazione per mantenere la risoluzione e la qualità generale del display.

L'O-film nello specifico è unico perché invece di cambiare la tecnologia di allineamento dei cristalli liquidi e per un costo relativamente basso, può sostituire il polarizzatore superficiale di un dispositivo TN con un film speciale per ampliare l'angolo di visione. Poiché è combinato con TN, può solo migliorare leggermente l'angolo di visione.

IPS ha il maggior potenziale per migliorare l'angolo di visione, raggiungendo angoli possibili più elevati rispetto a tutte le altre opzioni. Con IPS, tuttavia, c'è un consumo energetico maggiore rispetto al normale dispositivo TN a causa della necessità di una retroilluminazione più brillante in questo dispositivo.

MVA è vicino, solo leggermente meno, all'angolazione dell'IPS TFT LCD. Ciò che ha, tuttavia, è un tempo di risposta molto più rapido, come affermato in precedenza.

Tutte queste tecnologie sono opzioni praticabili a seconda dei desideri e della fascia di prezzo del consumatore. Gli LCD TFT MVA e IPS tendono ad essere più pratici per i prodotti di consumo come i monitor LCD e gli schermi dei telefoni, mentre gli LCD TN e O-film possono passare alle applicazioni industriali. Tuttavia, con la crescita degli LCD IPS e MVA, le loro applicazioni si stanno ampliando.

 

LCD TFT AFFS (Advanced Fringe Field Switching)

L'AFFS è concettualmente simile all'IPS; entrambi allineano le molecole di cristallo in modo parallelo al substrato, migliorando gli angoli di visualizzazione. Tuttavia, l'AFFS è più avanzato e può ottimizzare meglio il consumo energetico. In particolare, AFFS ha un'elevata trasmittanza, il che significa che meno energia luminosa viene assorbita all'interno dello strato di cristalli liquidi e più viene trasmessa verso la superficie. Gli LCD TFT IPS in genere hanno trasmittanze inferiori, da qui la necessità di una retroilluminazione più brillante. Questa differenza di trasmittanza è radicata nello spazio cella attivo compatto e massimizzato dell'AFFS sotto ogni pixel.

Dal 2004, Hydis, che ha sviluppato l'AFFS, ha concesso in licenza l'AFFS alla società giapponese Hitachi Displays, dove le persone stanno sviluppando complicati pannelli LCD AFFS. Hydis ha migliorato le proprietà di visualizzazione come la leggibilità all'esterno dello schermo, rendendolo ancora più attraente da utilizzare per la sua applicazione principale: i display dei telefoni cellulari.

 

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