Definizione: LCD è un acronimo usato per Liquid Crystal Display. È fondamentalmente un display profondo L in cui i cristalli liquidi sono usati per produrre un’immagine sullo schermo.
A differenza di un LED, un LCD non ha la proprietà di produrre luce. Tuttavia, permette ad alcune regioni di apparire luminose o scure controllando l’energia luminosa emessa da una fonte esterna.
Ora, prima di discutere come funziona un LCD, è necessario avere un’idea dei cristalli liquidi.
Cosa sono i cristalli liquidi?
I cristalli liquidi sono considerati il quarto stato della materia. È così perché non sono né solidi né liquidi. Ma possiedono le proprietà dei cristalli e hanno la capacità di fluire o muoversi come un liquido.
Nella loro struttura cristallina, l’orientamento molecolare assomiglia al solido. Tuttavia, queste molecole mostrano anche il movimento in varie posizioni. In questo modo mantengono la proprietà del solido e del liquido. Perciò è conosciuto come cristallo liquido.
Questo cristallo liquido visualizza le immagini o i caratteri come la luce emessa dalla fonte può essere passata o ostruita dal movimento molecolare del cristallo.
Nel display a cristalli liquidi, viene usato fondamentalmente un cristallo di tipo nematico ritorto. Questo perché le molecole di questo cristallo nematico sono in qualche modo naturalmente attorcigliate con un angolo di circa 90°. Inoltre, secondo il potenziale applicato, le molecole si srotolano a gradi variabili.
Costruzione di LCD
La figura sottostante rappresenta la disposizione strutturale di un LCD:
I cristalli liquidi con uno spessore di circa 10-20 micrometri sono posti tra due lastre di vetro. Sulla superficie interna delle due lastre di vetro, sono inseriti dei conduttori. Questi conduttori formano degli elettrodi. I due elettrodi mostrano la polarità positiva e negativa da applicare.
Il potenziale esterno è fornito all’unità di visualizzazione con l’aiuto di questi due elettrodi. Questi sono fondamentalmente formati da materiali come l’ossido di indio (IN2O3) e l’ossido stannico (SnO3).
Qui viene usata una fonte di luce fluorescente. La luce emessa da questa sorgente viene poi alimentata al polarizzatore qui abbiamo considerato un polarizzatore verticale come polarizzatore di ingresso. Inoltre, un polarizzatore di polarità opposta a quella d’ingresso è posto ad un’altra estremità dell’unità di visualizzazione.
Quindi, se abbiamo assunto un polarizzatore verticale come polarizzatore d’ingresso, all’altra estremità deve esserci un polarizzatore orizzontale.
All’estremità opposta dell’elettrodo, viene posto un coperchio di vetro sul quale viene visualizzata l’immagine desiderata.
Comprendiamo ora come funziona un LCD.
Funzionamento di LCD
Come abbiamo già l’idea che LCD non è un dispositivo elettroluminescente. Questo significa che non ha la proprietà di produrre luce, ma che permette alla luce di apparire luminosa o scura facendo uso di un cristallo liquido. Ora, procediamo a capire il funzionamento di LCD.
La figura rappresentata qui sotto vi aiuterà ad avere una migliore comprensione del funzionamento di un LCD:
Quando la luce da una fonte di retroilluminazione viene emessa e lasciata cadere sul polarizzatore verticale. Allora la luce non polarizzata dalla sorgente viene polarizzata verticalmente. Quando inizialmente non viene fornito alcun potenziale esterno tra i due elettrodi, le molecole del cristallo liquido rimangono contorte.
Questo fa sì che la luce polarizzata verticalmente venga polarizzata orizzontalmente a causa dell’orientamento delle molecole.
Come abbiamo discusso che l’orientamento dei due polarizzatori è di 90° in accordo tra loro. Così, il polarizzatore all’altra estremità è un polarizzatore orizzontale.
Quindi, quando la luce polarizzata orizzontalmente dall’uscita del cristallo nematico è alimentata al polarizzatore orizzontale allora passa la luce causando così l’illuminazione del pixel. Quindi, genera un’immagine visibile sullo schermo.
Supponiamo che quando una grande tensione è applicata tra i due elettrodi. Allora questa tensione applicata fa sì che il meccanismo contorto delle molecole venga danneggiato, inducendolo ad operare in modo rettilineo.
A causa di ciò, la luce polarizzata verticalmente mentre passa il cristallo nematico non cambia la sua polarizzazione. Questo blocca la luce polarizzata verticalmente per passare il polarizzatore orizzontale generando così un pixel scuro sul display.
In questo modo, vengono generate immagini luminose e scure.
Ora la domanda colpisce la nostra mente: come un LCD mostra immagini o caratteri di dimensioni diverse?
La risposta a questa domanda è che applicando una tensione controllata tra i due elettrodi è possibile generare vari livelli di colore sullo schermo.
Come sappiamo un pixel non è altro che un elemento di colore che è formato dalla combinazione dei 3 colori rosso, verde e blu. Quindi, applicando una certa tensione all’elettrodo, la luce polarizzata verticalmente può passare attraverso il polarizzatore di uscita in varie quantità.
Quindi, può produrre vari livelli di colore sullo schermo del display a cristalli liquidi.
Rappresentazione tabellare delle caratteristiche degli LCD
Svantaggi degli LCD
- Il calore generato durante il funzionamento è minore rispetto ai display CRT e LED.
- Il consumo energetico di un LCD è molto inferiore rispetto ad altri dispositivi di visualizzazione.
- Il LCD può essere opportunamente utilizzato con i circuiti integrati MOS.
- Il costo complessivo del dispositivo è basso.
Svantaggi del LCD
- Ha bisogno di una fonte esterna di luce per visualizzare l’immagine.
- Il suo range di temperatura operativa è limitato che si trova tra 0 e 60°C.
- LCD sono unità di visualizzazione meno affidabili.
- La visibilità dell’immagine dipende dall’intensità della luce.
Applicazioni di LCD
LCD trova le sue principali applicazioni nella visualizzazione delle immagini negli schermi di vari gadget elettronici come televisione, calcolatrice, monitor di computer ecc. Questi sono anche usati in orologi digitali e schermi mobili.
Questi sono anche usati nella visualizzazione di onde RF in trasmissione attraverso guide d’onda e in applicazioni mediche come nei termometri a cristalli liquidi ecc.