La storia dei display LCD è un viaggio affascinante, che inizia con una scoperta casuale nel 1888 e si sviluppa attraverso decenni di innovazione. Oggi la ripercorreremo attraverso le sue tappe fondamentali, partendo dai primi esperimenti con i cristalli liquidi agli schermi LCD ad alta definizione che ancora utilizziamo.
Esploreremo come la capacità dei cristalli liquidi di modulare la luce polarizzata abbia rivoluzionato il mondo dei display, permettendo la creazione di immagini a colori nitide e dettagliate. Analizzeremo l'evoluzione degli LCD e come le loro limitazioni intrinseche abbiano spinto la ricerca verso tecnologie alternative (gli OLED, per esempio). Seguiteci e mettetevi comodi, quindi, perché c'è davvero molto da raccontare.
Breve storia dei pannelli LCD
Partiamo con un po' di storia. La tecnologia LCD è nata da una scoperta casuale: nel 1888 il botanico austriaco Friedrich Reinitzer stava studiando il colesterolo estratto dalle carote e notò qualcosa di strano. A temperature più basse, il colesterolo si scioglieva in un liquido torbido, mentre a temperature più alte diventava trasparente. Il composto aveva, insomma, due punti di fusione distinti.
Reinitzer, insieme al fisico Otto Lehmann, aveva scoperto i cristalli liquidi, una sostanza con proprietà uniche che si trovano in uno stato intermedio tra liquido e solido. I cristalli liquidi hanno la capacità di cambiare la loro disposizione molecolare in risposta a un campo elettrico, una proprietà che divenne alla base del funzionamento dei display LCD moderni.
Questa scoperta rimase però una semplice curiosità scientifica per diversi decenni. I primi utilizzi effettivi di cristalli liquidi risalgono solo agli anni '60 del Novecento, con display che utilizzavano una tecnologia "passiva" e funzionavano tramite scansione sequenziale delle righe/colonne. Questi schermi erano lenti, con un basso contrasto e angoli di visione limitati. Per questo erano comuni in calcolatrici, orologi digitali e, al massimo, in alcuni giochi elettronici portatili precursori del Game & Watch.
Fu l'introduzione dei transistor a film sottile (TFT) a rivoluzionare la tecnologia LCD. Ora ogni sub-pixel era controllato da un transistor, il che permetteva un controllo più rapido e preciso, migliorando notevolmente il tempo di risposta, il contrasto e gli angoli di visione. Questa tecnologia ha permesso la creazione di schermi LCD a colori di alta qualità, adatti a computer, televisori e altri dispositivi. Così, con la progressiva maturazione di questa tecnologia, a partire dagli anni '90 gli LCD hanno iniziato a diffondersi nei dispositivi elettronici, dai computer portatili ai televisori.
Come funzionano gli LCD?
Ma come funzionano nello specifico? Gli LCD si basano sulla capacità dei cristalli liquidi di modulare la luce polarizzata. In un display LCD, una retroilluminazione a tubi fluorescenti (in seguito sostituita con una retroilluminazione a LED) produce luce bianca, che viene filtrata attraverso diversi strati, tra cui due polarizzatori e uno strato di cristalli liquidi. Questi ultimi, controllati elettricamente, orientano le molecole in modo da far passare più o meno luce attraverso i pixel, generando immagini a colori.
Immaginate che uno schermo LCD funzioni un po' come una finestra con tende molto speciali. Dietro lo schermo, dove è stampata una griglia di minuscoli pixel, c'è una luce che illumina tutto, proprio come il sole illumina una stanza. Davanti ci sono due filtri polarizzatori, che sono queste tende speciali: fanno passare la luce solo in una certa direzione. In mezzo ci sono i cristalli liquidi, che sono i materiali che cambiano orientamento quando ricevono elettricità.
Quando questi cristalli ruotano, modificano il modo in cui la luce passa attraverso i filtri e, a seconda di quanto si girano, fanno passare più o meno luce. Dietro ogni pixel ci sono poi tre colori base (rosso, verde e blu), che combinati in modi diversi possono creare tutte le immagini e i colori che vediamo.
I limiti degli LCD
Gli LCD hanno insomma rappresentato una rivoluzione, ma alcune limitazioni intrinseche della tecnologia non sono state mai superate nonostante la loro rapida evoluzione. Il livello di nero, per esempio, non è perfetto a causa della retroilluminazione sempre presente, e anche il contrasto rimane limitato. Per questo motivo, la ricerca si è orientata verso tecnologie alternative in grado di offrire prestazioni superiori.
Negli anni 2000, l'introduzione dei LED come retroilluminazione degli LCD ha rappresentato un significativo passo avanti, migliorando l'efficienza energetica, la luminosità e il contrasto. Tuttavia, il vero salto di qualità è arrivato con lo sviluppo dei display OLED (Organic Light Emitting Diode), in grado di spegnere i pixel individualmente per ottenere neri perfetti e un contrasto elevatissimo. Ma di questi abbiamo parlato in un altro articolo dedicato.
L'arrivo dei MiniLED
La tecnologia MiniLED rappresenta il successivo passo avanti nella retroilluminazione a LED tradizionale. Significativamente più piccoli dei LED convenzionali, in genere tra 100 e 200 micrometri, consentono una densità di LED molto più elevata nell'array di retroilluminazione.
L'array è la griglia dove sono disposti i LED di un display. La densità e la configurazione di questi LED influenzano in modo significativo la qualità dell'immagine. Diversi tipi di array di LED includono:
- Edge-lit (Illuminazione laterale): i LED sono posizionati lungo i bordi del display e la luce viene distribuita sullo schermo utilizzando una guida di luce. Questo design è sottile ma può soffrire di luminosità irregolare;
- Backlit (Full Array - Retroilluminazione completa): i LED sono posizionati dietro l'intero schermo, fornendo un'illuminazione più uniforme. Il Full Array Local Dimming (oscuramento locale completo) migliora poi ulteriormente il contrasto regolando la luminosità di diverse zone LED.
Le retroilluminazioni MiniLED migliorano quindi il Full Array Local Dimming tradizionale, offrendo più zone di oscuramento. Questo controllo preciso della luminosità della retroilluminazione porta a neri più profondi, luci alte più luminose e un rapporto di contrasto più elevato. Il numero maggiore di zone di oscuramento consente inoltre una riproduzione più accurata dei contenuti HDR, con picchi di luminosità più alti e maggiori dettagli nelle scene scure.
Cosa sono invece i MicroLED?
La tecnologia MicroLED, invece, porta la miniaturizzazione a un livello superiore. I MicroLED sono incredibilmente piccoli, in genere inferiori a 100 micrometri, e ogni MicroLED funge da singolo pixel, emettendo la propria luce e il proprio colore.
Ciò elimina completamente la necessità di una retroilluminazione, portando a diversi vantaggi:
- neri perfetti e contrasto infinito: poiché ogni MicroLED può essere spento individualmente, i display MicroLED possono raggiungere neri perfetti e un rapporto di contrasto infinito, simile all'OLED;
- gamma di colori più ampia: i MicroLED possono produrre una gamma di colori più ampia con maggiore precisione rispetto ai LED tradizionali e persino all'OLED;
- elevata luminosità: combinando i neri profondi dell'OLED con l'elevata luminosità del LED, offrono prestazioni HDR superiori;
- durata e longevità: sono realizzati con materiali inorganici, il che li rende più durevoli e meno soggetti al burn-in rispetto all'OLED.
Il futuro dei display
I MicroLED hanno insomma un potenziale immenso e sono la tecnologia migliore, almeno sulla carta. Devono tuttavia affrontare ancora sfide significative, in primis i costi: la produzione in serie di minuscoli LED e il loro posizionamento preciso su un substrato è infatti un processo complesso e costoso. Di conseguenza, i display MicroLED sono attualmente limitati ad applicazioni di nicchia e hanno un prezzo esorbitante, fuori dalle tasche del grande pubblico: basti pensare che Hisense pensa di far slittare la produzione dei suoi MicroLED su larga scala al 2027.
I MiniLED, d'altra parte, rappresentano una tecnologia più matura e conveniente. Offrono miglioramenti significativi rispetto ai tradizionali display a LED e sono diventati sempre più comuni in TV di fascia alta e monitor, anche grazie alla sempre maggiore richiesta di TV di grandi dimensioni.
È probabile quindi che queste due tecnologie, più quella OLED, coesisteranno ancora nel prossimo futuro. I MiniLED continueranno a essere una scelta popolare per i consumatori che cercano un'eccellente qualità dell'immagine a un prezzo ragionevole. Gli OLED saranno la scelta di chi ha un budget superiore. I MicroLED infine, troveranno applicazioni in display di grandi dimensioni, schermi professionali e altri settori in cui le prestazioni sono fondamentali e il budget non è un problema.
Con il progredire della ricerca e dello sviluppo, è prevedibile che i costi di produzione dei MicroLED diminuiranno e la tecnologia diventerà più accessibile. I MicroLED potrebbero diventare la tecnologia di visualizzazione dominante, offrendo un'esperienza visiva eccellente abbinata a efficienza e durata. Sempre che non arrivi nel frattempo qualcosa di nuovo, come il MAX OLED, che potrebbe dare inizio a una nuova era per TV e monitor.
