Gli schermi LCD sono composti da diversi strati:
• Due lastre di vetro trasparente: contengono e proteggono i cristalli liquidi.
• Cristalli liquidi: una sostanza in grado di modificare le proprie proprietà ottiche sotto l'influenza di un campo elettrico.
• Filtri polarizzatori: permettono alla luce di passare solo in una direzione specifica.
• Elettrodi o strato di allineamento: sono strati trasparenti posti all'interno di ciascuna lastra di vetro.
• Retroilluminazione: illumina lo schermo da dietro, solitamente tramite LED.
• Filtri colore: composti da pixel, ciascuno formato da tre subpixel: rosso, verde e blu (RGB).
Il cuore di uno schermo LCD è costituito dalle molecole di cristalli liquidi, uniche per la loro capacità di allinearsi in una direzione specifica quando sottoposte a un campo elettrico. Queste molecole sono formate da lunghe strutture a forma di bastoncino che presentano proprietà sia liquide che solide. Allo stato naturale, le molecole di cristalli liquidi sono orientate in modo casuale, il che si traduce in un aspetto scuro quando la luce le attraversa.
Per comprendere il funzionamento delle molecole LCD, analizziamo più da vicino la struttura di base di un pannello LCD. Le due lastre di vetro contengono un sottile strato di materiale a cristalli liquidi. La superficie interna di ciascuna lastra di vetro è rivestita con un elettrodo trasparente che permette l'applicazione di un campo elettrico attraverso lo strato di cristalli liquidi.
Le molecole di cristalli liquidi in uno schermo LCD sono tipicamente di due tipi: nematici ritorti (TN) e allineati verticalmente (VA). In un LCD TN, le molecole si allineano ad un angolo specifico, solitamente di 90 gradi, tra le due piastre di cristallo quando non viene applicato alcun campo elettrico. Questa disposizione ritorta permette alla luce di attraversare lo strato di cristalli liquidi e raggiungere l'osservatore.
Quando un campo elettrico viene applicato a un display LCD TN, le molecole di cristalli liquidi iniziano a srotolarsi, allineandosi parallelamente al campo elettrico. Questo riallineamento modifica la polarizzazione della luce che attraversa lo strato di cristalli liquidi, impedendole di raggiungere l'osservatore. Controllando il campo elettrico, è possibile regolare con precisione la quantità di luce che attraversa lo schermo LCD, ottenendo così diversi livelli di luminosità.
I display LCD VA, invece, funzionano in modo diverso. In un display LCD VA, le molecole di cristalli liquidi sono inizialmente allineate verticalmente, perpendicolarmente alle lastre di vetro. Quando viene applicato un campo elettrico, le molecole si inclinano, consentendo alla luce di attraversare lo strato di cristalli liquidi. Come per i display LCD TN, il grado di inclinazione può essere controllato regolando la tensione, controllando così la luminosità.
Sebbene le molecole LCD funzionino in definitiva manipolando l'allineamento delle strutture di cristalli liquidi attraverso l'applicazione di un campo elettrico, e questo riallineamento controllato permetta al display LCD di regolare il passaggio della luce, non è l'unico componente fondamentale di un LCD. Affinché funzioni, è necessaria la retroilluminazione per generare un'illuminazione sufficiente per una corretta visualizzazione.
La luce generata dalla retroilluminazione deve attraversare un filtro polarizzatore che la direziona in un'unica direzione, in modo che, quando attraversa lo strato di cristalli liquidi, risulti omogenea. Questa luce polarizzata interagisce con le molecole dei cristalli liquidi, modificandone la direzione di polarizzazione; pertanto, un secondo filtro polarizzatore permette il passaggio solo della luce polarizzata nella direzione corretta.
Come abbiamo già spiegato, la quantità di luce che attraversa ciascun pixel è controllata dalla tensione applicata agli elettrodi. I pixel con una tensione più elevata appaiono più luminosi, mentre quelli con una tensione inferiore appaiono più scuri.
La produzione del colore avviene nello strato del filtro colore, situato tra il secondo vetro e il secondo filtro polarizzatore. Poiché ogni pixel è composto da subpixel rossi, verdi e blu, la combinazione di questi colori primari crea un'ampia gamma di colori. Attualmente, con questo sistema è possibile riprodurre milioni di colori, grazie al controllo degli elettrodi che regolano la quantità di luce che attraversa ciascun subpixel.
Per ottenere risoluzioni elevate, come 8K o 4K, uno schermo LCD deve avere un numero elevato di pixel. Ciò si ottiene riducendo le dimensioni dei singoli pixel e aumentando il numero di elettrodi nello strato di elettrodi. Tuttavia, all'aumentare del numero di pixel, aumenta anche la complessità dello schermo e la necessità di una maggiore precisione nel controllo dell'orientamento delle molecole di cristalli liquidi.
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