Immagini tridimensionali, retroilluminazione a Led, nuovi formati geometrici, riduzione dei consumi: gli onnipresenti display Lcd si trovano al centro di molte delle trasformazioni in atto nell’elettronica di consumo e nelle applicazioni industriali. Sharp Microelectronics, uno dei principali player in questo settore, tiene il passo - e anzi anticipa le nuove esigenze applicative - grazie a una nutrita serie di innovazioni.
Immagini 3D per televisori
Alcune delle innovazioni più interessanti sviluppate recentemente da Sharp vengono oggi messe al servizio della visualizzazione di immagini tridimensionali, un tema di grande attualità soprattutto per i televisori ma anche per sistemi portatili come gli smartphone. Per quanto riguarda la Tv è utile innanzitutto ricordare brevemente quali sono i problemi all’ordine del giorno. Quasi tutti i costruttori di televisori hanno scelto la tecnologia 3D denominata Alternate Frame Sequencing, che prevede l’uso di “occhiali attivi”. Com’è noto, la creazione dell’effetto tridimensionale richiede la possibilità di inviare separatamente all’occhio sinistro e all’occhio destro due immagini della stessa scena riprese da due posizioni leggermente diverse. Nella soluzione Alternate Frame Sequencing le immagini relative alle due diverse posizioni di ripresa sono visualizzate alternativamente sul display alla frequenza di quadro: pertanto un quadro appartiene all’immagine ripresa da sinistra, il quadro successivo all’immagine ripresa da destra e così via. Gli occhiali attivi, sincronizzati con il televisore tramite un collegamento wireless, oscurano alternativamente le due lenti in modo da far giungere a ciascuno dei due occhi solo le immagini ad esso destinate. Questa soluzione ha però alcuni punti deboli: se il display è lento nella visualizzazione delle immagini, ciascun occhio finisce per vedere in parte anche la “coda” dell’immagine destinata all’altro, con una conseguente interferenza (in altri termini, lo spettatore vede le due immagini sovrapposte), inoltre l’oscuramento alternativo delle lenti comporta una drastica riduzione della luminosità percepita. Entrambi questi problemi possono essere mitigati da una tecnologia Sharp denominata UV2A, la quale consente di fabbricare pixel privi delle irregolarità interne che ostacolano il passaggio della luce fornita dalla retroilluminazione. La tecnologia UV2A consente di ottenere un aumento del 20% della luce trasmessa, un miglioramento del contrasto statico (fino a 5000:1) e anche una maggiore velocità di visualizzazione (il tempo di risposta del display scende a 4 millisecondi). La quantità di luce trasmessa può ulteriormente aumentare grazie alla tecnologia Fred (Frame Rate Enhanced Driving), che consente di eliminare una delle due linee di segnale tra i subpixel (cioè tra i diversi colori di uno stesso pixel). In questo modo il rapporto di apertura del display aumenta del 10%. Per ridurre l’interferenza tra immagine sinistra e immagine destra, Sharp propone inoltre la soluzione “scanning backlight”, cioè la retroilluminazione sincronizzata con la scansione dell’immagine. In sostanza il pixel viene illuminato solo quando ha raggiunto uno stato stabile, cioè quando visualizza un’immagine priva di interferenze. Eventuali disturbi cadono in un intervallo di tempo privo di retroilluminazione e quindi non sono percepibili. Adatto alla visualizzazione 3D, secondo Sharp, anche il sistema che impiega quattro diversi colori di base anziché tre. L’aggiunta del giallo (oltre ai tradizionali rosso, verde e blu) consente di allargare lo spazio dei colori riproducibili.
Immagini 3D per sistemi portatili
Nei sistemi portatili come gli smartphone l’effetto 3D deve ovviamente essere visibile a occhio nudo, senza l’impiego di occhiali speciali. Alcune soluzioni 3D rivolte ai telefoni cellulari sono già state proposte in passato ma con scarso successo per la mancanza di alcuni requisiti essenziali: la capacità di visualizzare le immagini 2D senza peggioramenti di qualità, la possibilità di creare l’effetto 3D in entrambe le orientazioni del display (orizzontale e verticale), uno spessore limitato del display stesso. Per soddisfare tutti questi requisiti, Sharp propone oggi una nuova soluzione basata sulla propria tecnologia Parallax Barrier. In questa soluzione le due immagini (destinate rispettivamente all’occhio sinistro e all’occhio destro) sono visualizzate simultaneamente ma su colonne di pixel alternate: diciamo, per semplicità, che una è riprodotta dalle colonne di pixel pari, l’altra dalle colonne dispari. Ma grazie a una sorta di griglia (parallax barrier) collocata sul display per ridurre opportunamente l’angolo di emissione della luce, l’occhio sinistro riesce a vedere solo le colonne pari mentre l’occhio destro solo le colonne dispari. Naturalmente con questa tecnologia l’effetto 3D funziona solo se l’utilizzatore si pone a una determinata distanza dal display. La barriera di parallasse è integrata con il pannello tattile, pertanto lo spessore complessivo della soluzione 3D-touch screen è piuttosto contenuto.
Sharp propone anche un’altra soluzione per creare un effetto di profondità nelle immagini visualizzate dai sistemi portatili: si tratta della tecnologia Dual-Depth Lcd, che impiega un normale display a cristalli liquidi sul quale sono applicati un’ottica di polarizzazione e un riflettore parziale. L’aggiunta di questi elementi consente di creare due percorsi diversi per la luce proveniente dal display: un percorso diretto, corrispondente al livello di immagine più vicino all’osservatore, e un percorso comprendente due riflessioni interne, che consente di creare un’immagine virtuale collocata alle spalle del display. Ovviamente l’aggiunta di strati comporta una perdita di luminosità. Questa tecnologia consente di fare apparire le immagini su due piani diversi; determinati elementi grafici (ad esempio numeri o scritte) possono pertanto essere visualizzati “in rilievo”, risultando molto più evidenti. Non si tratta di una vera soluzione 3D, ma l’effetto è visibile a qualunque distanza – a differenza di quanto avviene con la soluzione Parallax Barrier.
Nuove interfacce
Un altro importante settore applicativo dei display a cristalli liquidi è ovviamente rappresentato dalle interfacce uomo-macchina utilizzate nel settore industriale e medico. In questo campo le innovazioni introdotte da Sharp riguardano principalmente le prestazioni della retroilluminazione a Led, la visibilità in piena luce solare e il passaggio a un formato più “largo” rispetto al tradizionale 4:3. Per quanto concerne il primo dei tre aspetti il problema principale è costituito dal forte calore generato dai Led, che tende a ridurre la durata dei medesimi. Sharp è tuttavia riuscita a mettere a punto soluzioni di retroilluminazione a Led per display industriali che – grazie a una gestione ottimale del calore - assicurano una durata di 50.000 ore a 50 gradi. Il problema della scarsa leggibilità dei display in piena luce solare è stato affrontato dalla società giapponese tramite la messa a punto della soluzione Advanced Super View, che consente di realizzare display ad alta luminosità (sempre con retroilluminazione a Led) basati su tecnologia trasmissiva o, per le applicazioni portatili, transflettiva. Alcuni modelli raggiungono e superano la soglia delle 500 candele per metro quadro. In condizioni di minore illuminazione ambientale la luminosità del display può essere ridotta senza controindicazioni (il “dimming” tende invece a ridurre la durata delle lampade fluorescenti). Sharp, infine, sta mettendo a punto un’offerta di display “wide screen”, un formato che sta prendendo piede anche nelle applicazioni industriali. Tra i vantaggi dello schermo largo è compresa la possibilità di continuare a utilizzare le interfacce grafiche in formato 4:3 sfruttando le due fasce laterali per visualizzare tasti tattili.
Soluzioni HMI plug & play
L’offerta Sharp comprende anche una gamma di soluzioni che facilitano la realizzazione delle interfacce basate su display Lcd. La linea di prodotto, denominata HAP (Home Amusement Processor), comprende sia alcuni chip comprendenti tutta l’elettronica necessaria per gestire il display, sia alcuni moduli che includono il display e uno dei suddetti chip. Questi prodotti sono rivolti principalmente ad applicazioni domestiche quali forni a microonde, telecomandi evoluti, videocitofoni, cornici portafoto digitali. Attualmente l’offerta degli HAP comprende due chip e due famiglie di moduli. Il chip LR35503 integra un controllore grafico, un’interfaccia a 6 bit per Lcd (QVGA) e un processore compatibile con Z80; il chip LR35504 integra invece un controllore grafico, un’interfaccia a 8 bit per Lcd (WXGA) e una Cpu ARM 9. Il primo dei due dispositivi è utilizzato per realizzare i moduli della famiglia LR0G93x, comprendenti anche un display Tft Lcd da 3,5 pollici; il secondo dispositivo è utilizzato invece per realizzare i moduli della famiglia LR0G94x, comprendenti anche un display Tft Lcd di dimensioni comprese tra 4,3 e 7 pollici. Secondo Sharp l’impiego dei moduli HAP consente di semplificare e velocizzare drasticamente lo sviluppo delle interfacce, anche nel caso di animazioni, eliminando al contempo i problemi di dissipazione termica della Cpu; è infatti possibile utilizzare una bassa frequenza di clock , poiché le elaborazioni grafiche sono delegate a un co-processore ad hoc. La gamma dei moduli HAP sarà ulteriormente ampliata nel corso del 2011 e 2012.
Gli aspetti energetici
Altre tematiche importanti in casa Sharp sono quelle legate ai display a basso consumo e alle tecnologie fotovoltaiche. Per quanto riguarda il primo dei due temi, la principale soluzione sviluppata da Sharp è il Memory Lcd, nel quale ogni pixel è affiancato a una cella di memoria che ne conserva l’informazione di stato; grazie a questo accorgimento, il dispositivo consuma energia soltanto quando l’immagine viene aggiornata. Anche a livello di sistema si ottiene un risparmio energetico, perché in presenza di immagini fisse il display non necessita di refresh e quindi il processore può continuare a “dormire”. Basato sulla tecnologia Continuous Grain Silicon, il Memory Lcd è realizzato in due varianti, caratterizzate da colori leggermente diversi: Polymer Network Liquid Crystal (senza polarizzatore) e High Reflection (con polarizzatore). Sharp è attiva anche nella fabbricazione di pannelli fotovoltaici basati su diverse tecnologie; l’offerta della società giapponese comprende grandi pannelli semitrasparenti (interessanti ad esempio nelle applicazioni architettoniche) e piccoli moduli per lo sfruttamento della luce presente all’interno dei locali; questi ultimi sono utilizzabili ad esempio per prolungare l’autonomia di sensori, sistemi portatili, contatori intelligenti ecc. In occasione del Forum di Amburgo, Sharp ha anche presentato un progetto dimostrativo che impiega sia i Memory Lcd sia i moduli solari a film sottile: si tratta di un piccolo sistema che visualizza una serie di immagini predefinite offrendo un’autonomia praticamente illimitata nelle condizioni di illuminazione tipiche di un normale ufficio. Realizzato in collaborazione con il distributore Arrow, il sistema impiega una sottilissima batteria Thinergy (che rimane carica grazie ai moduli fotovoltaici), semiconduttori a basso consumo (sia la Mcu, sia il clock in tempo reale) e un booster Dc/Dc ad alta efficienza per elevare la tensione fornita dai moduli fotovoltaici.
