Guida monitor - Parte 4

L'impiego del colore ha comportato la necessità di dover retro illuminare gli schermi, facendo in modo che la luce venisse generata nella parte posteriore del display LCD; ciò consente un'ottimale visione dell'immagine anche in condizioni di scarsa luminosità nell'ambiente circostante, a differenza dei precedenti dispositivi che realizzavano la retro illuminazione riflettendo, con uno specchio, la luce che arrivava dall'ambiente circostante.

I colori vengono ottenuto con l'impiego di tre filtri riproducenti i tre colori fondamentali rosso, verde e blu e facendo passare il fascio di luce attraverso i filtri stessi. Combinando per ogni singolo punto, o pixel, dello schermo questi tre colori fondamentali, siamo in grado di riprodurre il colore voluto nel punto desiderato; la combinazione dei tre colori base si ottiene gestendo in modo opportuno gli elettrodi che puntualmente generano la differenza di potenziale necessaria per orientare i cristalli.

Nell'immagine sotto riportata possiamo vedere, in sezione, quello che è la struttura tipica di un LCD a colori con i filtri colorati, gli elettrodi trasparenti e i due piani che orientano "meccanicamente" i cristalli.

I primi display LCD avevano dimensioni molto contenute, circa 8 pollici di diagonale, mentre oggi possiamo arrivare ai 15" sui NoteBook e oltre i 20" per i display LCD per desktop. All'aumento delle dimensioni si è ovviamente associato l'aumento della risoluzione di questi schermi e questo ha introdotto nuove problematiche risolte adottando particolari tecnologie alle quali faremo ora un breve accenno.

Il primo problema sollevato fu quello di uniformare la qualità di visualizzazione e di aumentare la risoluzione; un primo passo fu quello di aumentare il grado di torsione dei cristalli portandolo da 90° a 270° con la tecnica STN.

STN: la sigla STN sta per "Super Twisted Nematic"; è una tecnica che prevede di aumentare l'angolo di torsione nella disposizione dei cristalli all'interno dei display LCD dai tradizionali 90° a 270°, ottenendo un miglioramento del contrasto con il progressivo aumento delle dimensioni del monitor.

Spesso e volentieri si usano celle STN a coppie dando origine alla nota disposizione DSTN (Double Super Twisted Nematic) largamente utilizzata nella realizzazione di monitor per PC Portatili con display a matrice passiva e che rende decisamente migliore il contrasto e resa cromatica nella visualizzazione delle immagini; le due celle STN vengono posizionate in modo che la loro rotazione risulti contrapposta.

Un'altra interessante combinazione di celle STN prende il nome di TSTN (Triple Super Twisted Nematic), dove alla doppia cella STN si aggiungono due strati sottili di una particolare pellicola di materiale plastico (pellicola polimerica) atta al miglioramento della resa cromatica dei display a colori, o per conferire una eccellente qualità ai display monocromatici.

Prima abbiamo parlato di matrice passiva; il termine matrice viene introdotto per la caratteristica suddivisione dello schermo in punti, ognuno dei quali viene indirizzato separatamente dagli altri e quindi separatamente dagli altri può essere acceso o spento a piacere, intervenendo sui prima citati elettrodi, per la formazione delle immagini a video. Si denomina passiva perché la tecnologia ora descritta per la produzione dei display LCD, tecnologia più economica attualmente utilizzata, non è in grado di mantenere per lungo tempo le informazioni a video ed inoltre per creare delle immagini necessita sempre della presenza di un campo elettrico; le immagini si formano riga per riga, con il campo elettrico che passa da una riga all'altra provocandone l'accensione e la successiva dissolvenza, appena il campo stesso viene disattivato in quel punto; una volta tolto il campo elettrico l'immagine progressivamente si dissolve perché i cristalli rimangono in posizione orientata solo per qualche secondo.

I display ora descritti hanno dei grossi limiti per quanto concerne l'aspetto qualitativo ed applicativo, hanno infatti un'immagine non perfettamente nitida e tendenzialmente sfarfallante; l'uso di cristalli lenti, dato che rimangono in posizione anche dopo aver tolto il campo elettrico, non permette una corretta visualizzazione di immagini in movimento. Non meno trascurabile è il problema dell'interferenza tra i vari elettrodi che si manifesta sotto forma di aloni sul display.

Schermi Dual Scan: per risolvere in parte i problemi ora descritti si ricorre ad un particolare artificio, quello di suddividere in due parti lo schermo e di operare una doppia scansione contemporanea sulle due metà con la conseguenza che lo schermo viene rigenerato il doppio delle volte rispetto a prima e quindi si ha una sensibile diminuzione dello sfarfallio, l'immagine risulta più brillante e meglio definita.

Risultati molto migliori sia per quanto concerne la stabilità, la qualità, la risoluzione, la nitidezza e la brillantezza dell'immagine si possono ottenere con gli schermi a matrice attiva che a fronte della maggiore qualità contrappongono, purtroppo, un costo molto più alto. La matrice attiva offre notevoli vantaggi rispetto a quella passiva, quali ad esempio la maggiore luminosità e la possibilità di guardare lo schermo anche con inclinazioni fino a 45° senza perdere in qualità di immagine, cosa impensabile con la passiva che in pratica consente una visione ottimale solo da posizione frontale rispetto al display; possiamo visualizzare immagini in rapido movimento senza il fastidioso effetto scia e senza sfarfallii, dato che il tempo di risposta di un display a matrice attiva è di circa 50 ms rispetto ai 300 della passiva, inoltre si ha una qualità nel contrasto superiore a quella offerta dai monitor a tubo catodico CRT. E' proprio in base a questa elevata qualità di visualizzazione delle immagini che si è pensato di estenderne il campo applicativo dai NoteBook ai Desktop, ottenendo dispositivi poco ingombranti e molto meno nocivi per la salute degli operatori rispetto ai tradizionali monitor a tubo catodico.

Il principio di funzionamento e le caratteristiche costruttive di un display a matrice attiva, ricalcano a grandi linee quelle dei dispositivi a matrice passiva (tecnologia TN - Twisted Nematic); la sostanziale differenza è nella matrice degli elettrodi che governano le varie celle di cristalli liquidi che costituiscono il display.
Con la matrice passiva i vari elettrodi ricevono ciclicamente una tensione elettrica; man mano che il display viene rigenerato per linee abbiamo che l'eliminazione del campo elettrico comporta il progressivo dissolvimento dell'immagine, dato che i cristalli ritornano progressivamente nella loro configurazione originaria; nella matrice attiva, invece, si è abbinato ad ogni elettrodo un transistor di memoria in grado di memorizzare un'informazione digitale (numero binario 0 o 1) e quindi di mantenere quella determinata immagine fino al ricevimento di un altro segnale.

Dato che il tentativo di ritardare il dissolvimento dell'immagine nei display a matrice passiva veniva parzialmente raggiunto con strati maggiori di cristalli liquidi per aumentarne l'inerzia e quindi rallentarne i movimenti, ora abbiamo la possibilità di ridurre fortemente lo strato di cristalli liquidi presente. I transistors, come gli elettrodi, devono essere fabbricati con materiali trasparenti per evitare di bloccare il passaggio del fascio luminoso e vengono poi posizionati sul retro del display su uno dei pannelli di vetro che contengono i cristalli liquidi; a tal scopo si impiegano delle pellicole di materiale plastico "Thin Film Transistor", transistor a film sottile, da cui la nota sigla TFT, caratterizzate da uno spessore sottilissimo tra 1/10 e 1/100 di micron.

Considerando lo spessore del "Thin Film Transistor", la tecnologia impiegata per la costruzione dei transistors non può che essere altamente sofisticata, ma purtroppo non certo esente da possibili difetti qualitativi sul prodotto finale anche perché il numero di transistors utilizzati è decisamente alto; basti pensare ad un display in grado di visualizzare immagini con una risoluzione di 800x600 in modalità SVGA e con soli 3 colori e al fatto che in esso abbiamo la presenza di ben 1.440.000 transistors individuali per capire quanto risulta delicata la costruzione di monitor con risoluzioni e numero di colori sempre più elevato. I vari costruttori limitano ad un certo numero il quantitativo di transistor che possono risultare difettosi in un display LCD, per stabilire se il prodotto ottenuto è buono oppure deve essere scartato. Diventa quasi inevitabile riscontrare anche in unità di fascia alta dei transistor difettosi che si presentano sottoforma di pixel, cioè punti, difettosi. Come specificato in precedenza, sulla base delle nuove normative, ci sono delle classi qualitative che meglio evidenziano il numero limite di pixel difettosi ed anche la loro tipologia. Ognuno di noi potrà condurre delle semplicissime prove per evidenziare questi difetti e valutare direttamente se il tutto rientra nei limiti dichiarati dal costruttore; alternando sullo schemo uno sfondo completamente nero, bianco, verde, rosso o blu possiamo individuare sia il numero che la tipologia di pixel difettosi.