Display, il futuro si tocca con mano

VISUALIZZAZIONE –

Maggiore integrazione tra le funzioni di visualizzazione e di rilevamento del tocco, avanzata della tecnologia Amoled nel settore degli smartphone, affermazione della soluzione Projected Capacitive: queste alcune delle tendenze in atto nel campo dei display.

Smartphone, tablet Pc, televisori, digital signage: molte delle applicazioni elettroniche più moderne, più promettenti o più diffuse condividono un elemento chiave, il display. In tutti questi prodotti la qualità di visualizzazione rimane una prestazione fondamentale, ma sempre più spesso oggi il display è l'elemento chiave di un'interfaccia utente basata sull'uso delle dita. La diffusione degli schermi tattili, inoltre, potrebbe aumentare ulteriormente con il lancio di Windows 8, un sistema operativo che sarà ottimizzato per questa modalità di comando grazie all'impiego di elementi grafici detti “tile”. Il settore dei display, con o senza capacità di rilevamento del tocco, è estremamente dinamico: tutti i più grandi produttori - concentrati perlopiù in estremo oriente - sono impegnati nel continuo sviluppo di tecnologie sempre più sofisticate, per soddisfare le richieste di un mercato che può contare su grandi volumi. Senza entrare nei dettagli delle soluzioni tecnologiche messe a punto dai diversi produttori, vediamo in breve alcune delle tendenze in atto.

Gli Amoled guadagnano terreno
Per quanto riguarda le diverse tecnologie utilizzabili per realizzare un display piatto, nel settore degli smartphone si registra una crescente diffusione della tecnologia Amoled (Active Matrix Organic Light-Emitting Diode), la versione a matrice attiva dei display Oled. In sintesi un display Amoled è costituito da un array di pixel in materiale organico elettroluminescente, collocato su un array di transistor a film sottile o Tft (Thin Film Transistor) che consente di pilotare elettricamente ogni singolo pixel. Il backplane Tft è realizzato in silicio policristallino o in silicio amorfo. Rispetto agli Oled con matrice passiva, i display Amoled hanno una maggiore frequenza di refresh e consumano meno; il consumo effettivo dipende dall'immagine visualizzata, poiché in questa tecnologia i pixel neri sono effettivamente “spenti”. Questa caratteristica consente anche di migliorare il rapporto di contrasto, ma pone limiti alla massima luminosità e quindi alla leggibilità sotto luce solare diretta; i produttori di Amoled, Samsung in particolare, hanno però sviluppato soluzioni che consentono di ovviare a questo problema. Secondo la società di ricerche di mercato DisplaySearch, nel 2011 le vendite di display Amoled hanno raggiunto i 90 milioni di unità, pari a un fatturato di 3,36 miliardi di dollari; l'aumento rispetto all'anno precedente ammonta al 97% in termini di volume e al 169% in termini di fatturato. La differenza tra i due tassi si deve all'aumento del prezzo medio di vendita, legato all'aumento delle dimensioni medie e delle prestazioni. Grazie al successo ottenuto nel settore degli smartphone, i display Amoled hanno raddoppiato la loro quota di mercato nel segmento dei display a matrice attiva di dimensioni medio-piccole (fino a nove pollici), passando dal 6% del 2010 al 12% del 2011. In sostanza, il successo degli Amoled nel 2011 è legato a un singolo produttore di display e di smartphone: Samsung. La società coreana ha infatti realizzato da sola il 97,5% delle vendite di Amoled equipaggiando con questo componente i propri telefoni della linea Galaxy. Sempre secondo DisplaySearch, Samsung si sta attrezzando per fabbricare display Amoled di maggiori dimensioni, adatti anche ai tablet Pc; un altro player di questo mercato, LG Electronics, ha inoltre annunciato l'intenzione di realizzare nel corso di quest'anno un televisore da 55 pollici basato su display Amoled. Tra i produttori di display Amoled è compresa anche Auo Au Optronics, che già nel 2006 fornì un componente di questo tipo a BenQ-Siemens per la realizzazione del telefono S88.

Schermi tattili Projected Capacitive in crescita
È sempre il mercato dei telefoni cellulari a evidenziare un'altra tendenza tecnologica di rilievo: la crescente diffusione degli schermi tattili realizzati in tecnologia Projected Capacitive, che a differenza della soluzione capacitiva tradizionale (surface capacitive) consente il rilevamento di due o più dita. In breve, questa soluzione si basa su una griglia capacitiva X-Y ottenuta generalmente incidendo due strati di materiale conduttivo trasparente o Ito (ossido di indio drogato con stagno); le posizioni delle dita vengono determinate rilevando le variazioni di capacità ai nodi della griglia. Esistono due principali varianti di questa tecnologia: “self capacitance” e “mutual capacitance”. Nella variante “self capacitance” viene rilevata soltanto la variazione di capacità su un singolo elettrodo, il che - nel caso di contatto simultaneo con più dita - porta alla generazione di “punti fantasma”. Nella variante “mutual capacitance”, invece, viene misurata anche la variazione della capacità tra due elettrodi vicini, il che consente di discriminare in modo diretto molteplici punti di contatto, senza generare punti fantasma. La versione “mutual capacitance”, pertanto, è la più adatta ai moderni dispositivi che impiegano comandi basati sull'uso contemporaneo di due dita, come “pinch” e “stretch”. I display tattili Projected Capacitive possono essere realizzati in più modi diversi; attualmente si assiste all'affermazione della soluzione detta “sensor-on-cover” o “one glass solution” o ancora “touch on lens”, nella quale le linee di Ito sono depositate direttamente sul vetro di copertura; ciò consente di realizzare display più sottili e leggeri. Tra i produttori che offrono display di questo tipo sono comprese le taiwanesi Wintek e Cando. Secondo la società di ricerche di mercato DisplaySearch, nel 2011 sono stati installati nei telefoni cellulari oltre 566 milioni di display di questo tipo.

Integrazione della funzione di rilevamento del tocco
Una delle tendenze in atto è la crescente integrazione della funzione di rilevamento del tocco nella struttura del display vero e proprio. Tradizionalmente uno schermo tattile è costituito da un “normale” display piatto a cui viene sovrapposto un pannello trasparente sensibile al tocco, una soluzione che comporta l'aumento degli spessori e la riduzione della luminosità. Una maggior integrazione della funzione di rilevamento del tocco nella struttura del display vero e proprio consente di ridurre lo spessore complessivo e permette inoltre ai produttori di display di assumere il controllo sull'intero prodotto. Questo obiettivo può essere perseguito in diversi modi. Una delle possibilità consiste nell'intervenire sul processo costruttivo del display, per comporre un “sandwich” che comprenda fin dall'inizio lo strato sensibile al tocco (struttura “in-cell”) e quindi non richieda la sovrapposizione di un pannello separato (struttura “on-cell”). Un'opzione più radicale consiste nel rendere il display stesso intrinsecamente capace di rilevare la presenza del dito, il che può essere ottenuto dotando ogni singolo pixel di un sensore ottico. Una soluzione di questo tipo è stata recentemente realizzata da Samsung Electronics, che a fine 2011 ha annunciato l'inizio della produzione di pannelli Lcd da quaranta pollici con tecnologia “Optical Sensor in Pixel”. In questi prodotti la presenza delle dita sul pannello viene rilevata dai sensori a infrarossi presenti in ogni pixel. La soluzione consente di rilevare più di cinquanta punti di contatto contemporanei. Questo prodotto è stato installato nel Pc “Samsung SUR40 for Microsoft Surface”, sviluppato congiuntamente da Samsung e da Microsoft. Anche altri produttori stanno lavorando a soluzioni basate su sensori ottici integrati in ogni pixel.

Controllori ad hoc
La gestione elettronica degli schermi tattili diviene sempre più complessa per la combinazione di due fattori: da un lato l'affermazione delle soluzioni multitouch (basate cioè sull'uso contemporaneo di più dita, per inviare comandi come “pinch”, “stretch” e altri ancora più complessi), dall'altro l'impiego di display sempre più sottili, come quelli realizzati in tecnologia “sensor on lens” (con lo strato sensibile laminato direttamente sul display, senza distanziali e senza strato di schermatura), che rendono più difficile il corretto rilevamento del tocco a causa dell'aumento del rumore elettrico prodotto dalla vicinanza dello schermo. Nei telefoni cellulari, inoltre, occorre tenere conto anche del rumore generato da altri componenti e dal caricabatteria. Per questo motivo i moderni display tattili richiedono dispositivi di controllo molto sofisticati. Una delle società più attive su questo fronte è Cypress con la propria famiglia di controllori TrueTouch, comprendente - ad esempio - il nuovo dispositivo CY8CTMA1036 che si rivolge ai tablet Pc e agli ultrabook con display fino a 12 pollici. Il chip, che si basa su un core Arm Cortex a 32 bit, si caratterizza per l'elevata risoluzione spaziale (può rilevare fino a 1036 diversi punti di contatto delle dita) e per un altissimo rapporto segnale/rumore (cioè per un'elevata capacità di distinguere le perturbazioni dovute al contatto delle dita da quelle causate dai disturbi ambientali). L'elevata risoluzione spaziale si deve all'impiego di 65 linee di I/O, mentre l'ottimo rapporto segnale/rumore è ottenuto tramite diversi accorgimenti tra cui l'uso di un'alta tensione (dieci volt) per il pilotaggio del touch panel. La soluzione ideata da Cypress, denominata Display Armor, impiega anche un “canale di ascolto” integrato nel touchscreen, che consente al controllore di combattere il rumore in due modi: applicando un sofisticato algoritmo per distinguere il rumore dall'informazione e identificando la forma d'onda del rumore per poter eseguire le misure di capacità nei momenti di “silenzio”. Grazie a queste prestazioni, il dispositivo consente di utilizzare anche display realizzati con tecnologie che producono molto rumore elettrico e di sopportare i disturbi prodotti dal caricabatterie. Come si legge in un documento realizzato da Cypress, oggi ai chip che controllano i display si richiede di rilevare variazioni di carica dell'ordine dei pico-Coulomb in presenza di rumore che può raggiungere i 40 volt picco-picco.

Modalità di visualizzazione innovative
Un cenno, infine, ad alcune soluzioni innovative. Tra esse è compresa la realizzazione di display che consentono allo spettatore di vedere l'effetto 3D senza indossare occhiali, un risultato che può essere ottenuto in almeno due modi: sovrapponendo al display una “barriera di parallasse”, cioè una sorta di griglia che consente di inviare all'occhio sinistro e all'occhio destro due immagini leggermente diverse; sovrapponendo al display un array di piccole lenti cilindriche; anche in questo caso l'effetto 3D si basa sul fatto che dai due diversi punti di vista (i due occhi) è possibile vedere due immagini leggermente diverse. Nel campo del digital signage, ad esempio, una soluzione di visualizzazione tridimensionale che non richiede l'uso di occhiali viene proposta dalla società statunitense Magnetic 3D. Altre novità riguardano lo sviluppo di display trasparenti, utilizzabili per visualizzare immagini su superfici in vetro come vetrine di negozi, porte di frigoriferi ecc. Samsung, ad esempio, ha recentemente presentato un display trasparente da 46 pollici. Secondo la società di ricerche di mercato Display Bank, il giro d'affari dei display trasparenti varrà 0,9 miliardi di dollari nel 2015 e 87 miliardi di dollari nel 2025.

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