{"id":3676,"date":"2008-10-13T13:59:05","date_gmt":"2008-10-13T12:59:05","guid":{"rendered":"http:\/\/www.boscarol.com\/blog\/?p=3676"},"modified":"2012-10-20T15:20:39","modified_gmt":"2012-10-20T13:20:39","slug":"tecnologie-per-i-monitor-lcd","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.boscarol.com\/blog\/?p=3676","title":{"rendered":"Tecnologie per i monitor: LCD"},"content":{"rendered":"

A scuola ci hanno insegnato che la materia pu\u00f2 trovarsi in tre distinti stati (o fasi) di aggregazione: solido, liquido, gassoso. In realt\u00e0 esistono molte altre fasi della materia, una delle quali \u00e8 la mesofase<\/span>, uno stato intermedio tra il solido e il liquido: i cristalli liquidi<\/strong>, scoperti nel 1888 dal botanico austriaco Friedrich Reinitzer<\/a>, si trovano in questo stato intermedio.<\/p>\n

I cristalli liquidi sono composti organici che hanno sia propriet\u00e0 dei liquidi sia propriet\u00e0 dei cristalli: come i liquidi possono essere versati ma come i cristalli mantengono una struttura molecolare ordinata.<\/p>\n

Si distinguono quattro diverse mesofasi, a cui corrispondono quattro tipi di cristalli liquidi: nematica<\/span> (dal greco \u201ctessuto\u201d), smectica<\/span> (dal greco \u201csapone\u201d), colesterinica<\/span> e colonnare<\/span>. Nei monitor vengono usati prevalentemente cristalli liquidi in fase nematica.<\/p>\n

Le molecole nei cristalli liquidi nematici hanno forma allungata e tendono a puntare tutte pi\u00f9 o meno nella stessa direzione (in questo assomigliano ai cristalli), ma sono disordinate (in questo assomigliano ai liquidi). \u00c8 comunque possibile fare in modo che le molecole si allineino lungo una qualunque direzione, ponendoli tra strati di allineamento.<\/p>\n


\nMonitor a cristalli liquidi<\/strong><\/p>\n

I primi esperimenti per la realizzazione di monitor a cristalli liquidi sono stati fatti dalla RCA nel 1968, ma \u00e8 solo dall\u2019inizio del 21\u00ba secolo (cio\u00e8 pi\u00f9 o meno dal 2000) che i monitor LCD a colori sono diventati economicamente accessibili a tutti.<\/p>\n

In un pannello a cristalli liquidi ogni subpixel<\/em> \u00e8 una minuscola cella alla quale si applica un campo elettrico che regola la quantit\u00e0 di luce che i cristalli liquidi fanno passare attraverso la cella stessa.<\/p>\n

Ogni pixel \u00e8 costituito da tre celle (subpixel<\/em>) ognuna delle quali \u00e8 dotata rispettivamente di un filtro rosso (R), verde (G) e blu (B). La matrice<\/em> (o pannello<\/em>) \u00e8 a sua volta costituito da milioni di pixel.<\/p>\n

Per esempio una matrice con 1680 pixel di base e 1050 pixel di altezza ha 1 764\u200a\u2009000 pixel, corrispondenti a 5\u200a\u2009292\u200a\u2009000 subpixel<\/em>. Ad ognuno di questi subpixel<\/em> viene applicato un campo elettrico che modula il passaggio della luce.<\/p>\n

Un monitor a cristalli liquidi<\/strong> \u00e8 composto dalla matrice\u00a0e dai dispositivi e circuiti che la controllano (tra questi la retroilluminazione, le interfacce video e altri).<\/p>\n

Dalla matrice<\/span> dipendono la luminanza del bianco e del nero, il rapporto di contrasto, il tempo di risposta, il pitch<\/em>, l\u2019angolo di visione.\u00a0Dal controllore<\/span> della matrice dipendono la retroilluminazione, la cromaticit\u00e0 del bianco e le eventuali lookup table<\/em>.<\/p>\n


\nDettagli sui cristalli liquidi<\/strong><\/p>\n

In un monitor a cristalli liquidi ogni subpixel \u00e8 una minuscola cella costruita come un sandwich<\/em>: consiste in due\u00a0 pareti di vetro, una posteriore ed una anteriore, rivestite con due pellicole polarizzanti tra loro perpendicolari cos\u00ec sottili da essere trasparenti. In mezzo stanno le molecole di cristallo liquido parallele alle pareti e disposte su vari livelli.<\/p>\n

Quelle del livello anteriore sono per\u00f2 ruotate di un angolo retto rispetto a quelle del livello posteriore e quelle dei livelli intermedi descrivono un\u2019elica lungo lo spessore della cella.<\/p>\n

In questa configurazione detta twisted on<\/em> la luce che attraversa la pellicola posteriore viene polarizzata di 90\u00b0, cio\u00e8 ruotata di un angolo retto e\u00a0 pu\u00f2 attraversare anche la pellicola anteriore. La cella appare del colore della luce.<\/p>\n

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Se si applica un potenziale tra i due strati metallici le molecole si dispongono perpendicolarmente ad entrambe le pareti. In questa condizione detta twisted off<\/em> la luce attraversa la pellicola posteriore e non viene modificata dunque non riesce ad attraversare quella anteriore perch\u00e9\u00a0 \u00e8 polarizzata a 90\u00b0. La cella appare nera. Applicando un potenziale intermedio solo una parte della luce pu\u00f2 attraversare la cella.<\/p>\n

In sintesi, applicando un dato potenziale alla cella, si pu\u00f2 fare in modo che la cella trasmetta una data quantit\u00e0 di luce, cio\u00e8 si pu\u00f2 modulare la quantit\u00e0 di luce trasmessa.<\/p>\n


\nIlluminazione (tubo fluorescente, Led)<\/strong><\/p>\n

La cella LCD \u00e8 un elemento passivo e non attivo, cio\u00e8 non produce luce, ma semplicemente modula la luce che passa attraverso di essa.<\/p>\n

La luce che viene trasmessa attraverso la cella pu\u00f2 essere la luce esterna riflessa da uno specchio sul fondo della cella, oppure pu\u00f2 essere una retroilluminazione (backlight<\/em>) fornita (tipicamente) da tubi fluorescenti oppure da una serie di LED (light emitting transistors<\/em>) posti sul retro del pannello.<\/p>\n

La retroilluminazione con tubi fluorescenti fornisce una luce bianca di determinata cromaticit\u00e0. Con la tecnologia LED la retroilluminazione \u00e8 formata da un certo numero (3-40) di LED, ognuno indipendentemente controllabile. In questo modo \u00e8 possibile agire sulla composizione della luce e ottenere la cromaticit\u00e0 desiderata. Inoltre i LED richiedono minore tensione, durano pi\u00f9 a lungo, sono pi\u00f9 luminosi e consentono di ottenere un gamut di colore pi\u00f9 ampio.<\/p>\n

I monitor LCD sono classificati secondo la tecnica utilizzata per applicare il campo elettrico alle singole celle e secondo il tipo di cristalli liquidi all\u2019interno delle celle.<\/p>\n


\nIndirizzamento delle celle (matrice attiva TFT, matrice passiva)<\/strong><\/p>\n

Esistono due tecnologie di applicazione del campo elettrico alle singole celle.<\/p>\n

La prima tecnologia \u00e8 detta a matrice passiva<\/em> e consiste nel porre davanti al video una serie di elettrodi, cio\u00e8 conduttori trasparenti disposti a griglia.<\/p>\n

La seconda tecnologia utilizza una matrice attiva<\/em>, cio\u00e8 l\u2019indirizzamento delle celle avviene alle spalle delle stesse ed \u00e8 tipicamente realizzato con una matrice di thin film transistors<\/em> (TFT), uno per ogni cella, sistemati su un substrato di vetro. Le righe della matrice sono a terra e su una colonna viene mandato un potenziale positivo, indirizzando cos\u00ec una singola cella. In questo caso \u00e8 sufficiente la presenza di una unica lastra trasparente con funzioni di terra.<\/p>\n

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I cristalli liquidi sono materiali viscosi e richiedono un certo tempo per modificare il loro stato quando si modifica il campo elettrico applicato. Il tempo che una cella impiega per passare dal nero al bianco e di nuovo al nero (in realt\u00e0 dal 10% al 90% al 10% di luminanza) \u00e8 chiamato tempo di risposta (response time)<\/em> e determina la durata del ciclo di refresh<\/em>. Il tempo di risposta \u00e8 attorno ai 12-25 ms e determina l\u2019utilizzabilit\u00e0 del pannello nei diversi ambiti applicativi: grafica statica o in movimento.<\/p>\n


\nTecnologie per i pannelli LCD<\/strong><\/p>\n

I pannelli LCD sono realizzati con le tecnologie TN+film, MVA, PVA, S-PVA e IPS.<\/p>\n

Il pannello TN<\/strong> twisted nematic<\/em> (cristalli liquidi nematici ritorti) \u00e8 il pi\u00f9 comune ed \u00e8 caratterizzato da un bassissimo consumo ed ha avuto subito applicazione nel campo dei computer portatili. Tra gli svantaggi vi era inizialmente un contrasto piuttosto ridotto e un angolo di visione piuttosto ristretto (circa 20\u00b0), dovuti anche alla presenza dello strato di elettrodi trasparenti davanti al video. Ora queste caratteristiche sono state migliorate, l\u2019angolo di visione pu\u00f2 arrivare fino a 160\u00b0 (comunque meno delle altre tecnologie LCD) e il tempo di risposta \u00e8 molto basso. Nel mercato dei monitor LCD fino a 17\u201d la tecnologia TN+film \u00e8 quella dominante.<\/p>\n

Nel pannello MVA<\/strong> (Multi-domain Vertical Alignment<\/em>) ogni cella \u00e8 suddivisa in pi\u00f9 parti (domini) entro le quali i cristalli si allineano in modo diverso. L\u2019immagine resta visibile da angoli molto elevati (l\u2019angolo di visione arriva a 170\u00b0) e ne guadagna il contrasto diminuendo la fuoriuscita di luce quando le celle sono spente.<\/p>\n

PVA<\/strong> (Patterned Vertical Alignment<\/em>) e S-PVA<\/strong> (Super-PVA<\/em>) sono varianti di MVA (sviluppate principalmente da Samsung). Offrono un contrasto molto elevato fino a 3000:1.<\/p>\n

Nel pannello S-IPS<\/strong> (Super<\/em> In-Plane Switching<\/em>) e H-IPS<\/strong> gli elettrodi sono posizionati ai lati, la corrente elettrica viaggia in orizzontale. Aumenta l\u2019angolo di visione, ma viene trasmessa una quantit\u00e0 inferiore di luce ed \u00e8 necessaria una sorgente luminosa di grande potenza. Sono probabilmente i migliori ma anche i pi\u00f9 costosi.<\/p>\n


\nCaratteristiche<\/strong><\/p>\n

I monitor a cristalli liquidi hanno numerosi vantaggi: alta risoluzione, uniformit\u00e0 nello spazio e nel tempo (perch\u00e9 ogni singolo pixel pu\u00f2 essere indirizzato separatamente e non viene influenzato dai pixel adiacenti). Inoltre sono sottili (anche meno di un centimetro) e leggeri, necessitano di una potenza elettrica molto bassa, non espongono l\u2019utente ai pericoli dei raggi catodici. A risoluzione nativa forniscono una qualit\u00e0 di immagine eccellente.<\/p>\n

Presentano tuttavia anche alcuni difetti: una risoluzione temporale bassa (problemi con le immagini dinamiche); gamut di colore leggermente ridotto rispetto ai monitor CRT (soprattutto a causa del primario blu). A risoluzione non nativa, le immagini in un monitor LCD appaiono meno chiare, meno distinte (blurry<\/em>).<\/p>\n

Inoltre, a causa della complessa costruzione, la probabilit\u00e0 che un monitor abbia un pixel guasto \u00e8 maggiore per gli LCD che per i CRT.<\/p>\n

I principali costruttori di pannelli a cristalli liquidi<\/span> hanno tutti sede nell’estremo oriente:<\/p>\n