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Come funziona lo schermo LCD?

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Nell'era digitale di oggi, gli schermi LCD TFT sono diventati onnipresenti e alimentano dispositivi che vanno dagli smartphone ai laptop, dai televisori alla segnaletica digitale.

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Nell'era digitale di oggi, gli schermi LCD TFT sono diventati onnipresenti e alimentano dispositivi che vanno dagli smartphone ai computer portatili, dai televisori alla segnaletica digitale. Questo blog si propone di fornire una comprensione approfondita del funzionamento degli schermi LCD TFT, esplorando la loro costruzione, il loro funzionamento e i componenti chiave coinvolti.

I. Costruzione dello schermo LCD TFT

Gli schermi LCD TFT sono composti da diversi strati che lavorano insieme per produrre immagini vivaci e dinamiche. Questi strati comprendono:

strati del substrato

Substrati di vetro: Gli schermi LCD TFT utilizzano in genere due substrati di vetro inseriti a sandwich per formare il pannello del display. Questi substrati di vetro forniscono un supporto meccanico e fungono da base per gli altri strati.

Elettrodi trasparenti: Sui substrati di vetro vengono applicati sottili strati di materiale conduttivo trasparente, come l'ossido di indio-stagno (ITO). Questi elettrodi consentono l'applicazione di campi elettrici per controllare i cristalli liquidi.

struttura a matrice attiva

Transistor a film sottile (TFT): Su uno dei substrati di vetro, viene fabbricato un array di transistor a film sottile utilizzando materiali semiconduttori come il silicio amorfo (a-Si) o il polisilicio a bassa temperatura (LTPS). Ogni TFT agisce come un interruttore, controllando la tensione applicata ai singoli pixel.

Schiera di filtri colorati: Uno strato di filtri colorati è posizionato sopra la matrice TFT. È costituito da filtri colorati rossi, verdi e blu disposti secondo uno schema preciso, corrispondente ai subpixel di ciascun pixel.

Strato a cristalli liquidi: Tra i substrati di vetro viene inserito uno strato di cristalli liquidi. I cristalli liquidi sono composti organici che possono cambiare il loro orientamento in risposta a campi elettrici. Agiscono come un mezzo di modulazione della luce, controllando la quantità di luce che passa attraverso il display.

II. Funzionamento di uno schermo LCD TFT

retroilluminazione

Lampada fluorescente a catodo freddo (CCFL): gli schermi LCD TFT tradizionali utilizzano tubi CCFL come sorgente di retroilluminazione. Questi tubi emettono luce bianca, che passa attraverso gli strati per creare l'illuminazione iniziale.

Diodi ad emissione di luce (LED): Con i progressi della tecnologia, la retroilluminazione a LED è diventata la norma. I LED offrono una maggiore efficienza energetica, una migliore riproduzione dei colori e fattori di forma più sottili.

controllo dei pixel

Transistor TFT e controllo della tensione: Ogni pixel del display è associato a un transistor TFT. Applicando una tensione al transistor, le molecole di cristallo liquido nel pixel corrispondente possono essere allineate o ruotate, controllando il passaggio della luce.

Indirizzamento dei singoli pixel: I transistor TFT sono disposti a matrice. Attivando selettivamente i transistor, è possibile inviare segnali elettrici a pixel specifici, consentendo un controllo preciso del comportamento di ciascun pixel.

riproduzione del colore

Modello di colore RGB: Gli schermi LCD TFT utilizzano il modello di colore RGB, in cui ogni pixel è composto da subpixel rossi, verdi e blu. Variando l'intensità di ciascun subpixel, è possibile produrre un'ampia gamma di colori.

Disposizione dei subpixel: I subpixel sono disposti in uno schema specifico, tipicamente RGB, in orizzontale o in verticale, per ottenere la riproduzione del colore e la densità di pixel desiderate.

III. Principio di funzionamento dei transistor TFT

transistor a film sottile (TFT)

TFT al silicio amorfo (a-Si): Questi TFT sono comunemente utilizzati negli schermi LCD TFT. Vengono fabbricati depositando uno strato di silicio amorfo su un substrato di vetro. Pur essendo convenienti, i TFT a-Si hanno tempi di risposta più lenti e una mobilità degli elettroni inferiore.

TFT a polisilicio a bassa temperatura (LTPS): I TFT LTPS offrono una mobilità degli elettroni più elevata e tempi di risposta più rapidi rispetto ai TFT a-Si. Sono realizzati con polisilicio depositato a basse temperature, con conseguente struttura più cristallina.

matrice attiva e passiva

LCD TFT a matrice attiva: I display a matrice attiva utilizzano un transistor individuale per ogni pixel. Ciò garantisce un controllo preciso del comportamento di ciascun pixel e consente di ottenere frequenze di aggiornamento più rapide e una migliore qualità dell'immagine.

LCD TFT a matrice passiva: I display a matrice passiva utilizzano una matrice di elettrodi per indirizzare le righe e le colonne di pixel. Tuttavia, soffrono di tempi di risposta più lenti, risoluzione limitata e rapporti di contrasto inferiori.

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IV. Strato a cristalli liquidi e funzionamento dei pixel

allineamento dei cristalli liquidi

Cristalli liquidi nematici: Il tipo più comune di cristallo liquido utilizzato negli schermi LCD TFT è il cristallo liquido nematico. I cristalli liquidi nematici si allineano parallelamente al campo elettrico applicato in presenza di una tensione.

Strati di allineamento: Gli strati di allineamento sono applicati alle superfici interne dei substrati di vetro per controllare l'orientamento delle molecole di cristallo liquido. Questi strati assicurano un allineamento uniforme e prevengono effetti indesiderati come l'immagine fantasma o i cambiamenti di colore.

stati dei pixel

Nematico ritorto (TN): In un display TN, le molecole di cristallo liquido si attorcigliano tra due substrati di vetro per controllare la polarizzazione della luce che le attraversa. Variando la tensione applicata al transistor TFT, è possibile regolare l'angolo di torsione delle molecole di cristallo liquido, consentendo il controllo del passaggio della luce.

Commutazione in piano (IPS): I display IPS utilizzano una diversa tecnica di allineamento dei cristalli liquidi. In questo caso, le molecole di cristallo liquido si allineano orizzontalmente tra i substrati di vetro quando non viene applicata alcuna tensione. L'applicazione di una tensione fa sì che le molecole si allineino verticalmente, modulando così la trasmissione della luce.

Allineamento verticale (VA): I display VA hanno molecole di cristallo liquido che si allineano perpendicolarmente ai substrati di vetro in assenza di tensione. L'applicazione di una tensione fa sì che le molecole si allineino orizzontalmente, controllando così il passaggio della luce.

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V. Segnali di pilotaggio e indirizzamento dei pixel

metodi di scansione

Scansione riga per riga: In questo metodo, il display viene scansionato in sequenza, riga per riga, dall'alto verso il basso. Ogni fila di pixel viene attivata in sequenza per creare un'immagine completa.

Time Division Multiplexing (TDM): Il TDM consiste nel dividere il display in più fasce orarie. I pixel vengono indirizzati in modo ciclico, passando rapidamente da una riga o colonna all'altra durante ogni fascia oraria.

controllo della tensione

Controllo analogico della tensione: Nei primi schermi LCD TFT, il controllo analogico della tensione veniva utilizzato per regolare la tensione applicata a ciascun pixel. Questo metodo permetteva di ottenere gradazioni omogenee di luminosità e colore.

Modulazione della larghezza di impulso (PWM): La PWM è una tecnica comunemente utilizzata per attivare e disattivare rapidamente la tensione applicata a ciascun pixel. Regolando il ciclo di lavoro, è possibile controllare la tensione media attraverso il pixel, ottenendo livelli di luminosità variabili.

VI. Conclusioni

Gli schermi LCD TFT hanno rivoluzionato la tecnologia dei display, offrendo immagini vivaci ed esperienze coinvolgenti ai vari dispositivi che utilizziamo quotidianamente. La comprensione della costruzione, del funzionamento e dei componenti chiave degli schermi LCD TFT ci permette di comprendere le loro notevoli capacità e di apprezzare la meraviglia ingegneristica che sta dietro a questi display. Con l'avanzare della tecnologia, gli schermi LCD TFT svolgeranno senza dubbio un ruolo fondamentale nel plasmare il futuro della comunicazione visiva.