Un’innovazione tutta da vedere

VISUALIZZAZIONE –

In un mercato ormai dominato dalle tecnologie Lcd e al plasma, nuove soluzioni alternative stanno gradualmente emergendo. Oled, e-paper e display basati su Mems si stanno ricavando un nuovo ruolo in un mercato caratterizzato da tassi di crescita sempre più importanti.

Secondo Display Search, il mercato mondiale dei display nel 2007 ha totalizzato 100 miliardi di dollari e supererà i 107 miliardi di dollari nel 2008. Si tratta di un dato notevole, tenendo conto che lo scorso anno si è registrata una riduzione del prezzo medio di vendita dei display del 30%, controbilanciata quindi da un aumento considerevole nei volumi. Corning, fornitore leader di vetro per la fabbricazione di display Lcd stima che la domanda a livello mondiale di materia prima passerà, dal 2006 al 2008, da 0,12 miliardi di metri quadri a circa 0,2 miliardi di metri quadri.
La tecnologia Lcd ormai domina il mercato dei display, avendo da tempo soppiantato gli obsoleti Crt. Le dimensioni medie dei display Lcd in commercio stanno crescendo progressivamente; sono stati anche realizzati prototipi con diagonale superiore agli 80 pollici. In occasione dell'edizione del Consumer Electronics Show di LasVegas del 2007, Sharp ha presentato un modello di Tv Lcd da 108 pollici (2,74 metri), di dimensioni maggiori del più grande display al plasma, con diagonale pari a 105 pollici.
Altre tecnologie, come quelle al plasma, Oled e Fed (Field Emission Display) si sono ricavati una nicchia, seppur significativa. Su un totale di 73 miliardi di dollari, tale è l'ammontare del mercato relativo ai display a pannello piatto, i display Lcd costituiscono la tecnologia dominante con un giro d'affari di 66 miliardi di dollari, seguiti dalle soluzioni al plasma, il cui mercato complessivo vale 5,8 miliardi di dollari, mentre il mercato degli Oled ammonta ad appena 0,5 miliardi di dollari.

Il predominio della tecnologia Lcd

Secondo Michael Lebby, Presidente e Ceo dell'Oida (Optoelectronics Industry Development Association) i reali fattori di traino per una tecnologia ormai matura come quella dei display piatti sono le applicazioni consumer; dalle Tv a pannello piatto, alle console per videogiochi, dai lettori Dvd e musicali ai terminali Gps automotive. Il mercato consumer è caratterizzato dai tassi di crescita in assoluto più alti, accanto al comparto automotive. Il settore della car navigation, è sorto intorno alla metà degli anni 90, e presenta caratteristiche e requisiti a metà strada fra il mercato consumer dell'intrattenimento e quello automotive. Nel giro di prossimi anni prodotti quali i navigatori satellitari saranno sempre più spesso integrati nei nuovi modelli di automobile (ad oggi si tratta più che altro di una soluzione after-market), anche nei modelli di fascia medio-bassa. In base ad una stima di DisplaySearch, la domanda di televisori Lcd è aumentata da 42 milioni di unità del 2006 a 69,7 milioni nel 2007. Entro il 2010, le vendite dovrebbero salire a 128 milioni di unità. Secondo la Plasma Display Coalition, fra i cui membri fondatori figurano Hitachi, LG Electronics, Panasonic e Pioneer, le vendite dei televisori al plasma sono aumentate del 25% nel 2007, a causa di una buona stagione natalizia e della disponibilità dei modelli “full HD” da 1920 × 1080 pixel, con dimensioni da 40 a 70 pollici. I display con dimensioni pari a 50 pollici e superiori saranno responsabili della crescita in misura maggiore.
I sistemi a proiezione posteriore (rear-projection) hanno riscosso successo pressoché esclusivamente negli Stati Uniti dove non ci sono problemi di spazio, in cui è stato totalizzato il 95% dei ricavi complessivi. La tecnologia dominante dei display a retroproiezione è quella Dlp (Digital Light Projection), sviluppata da Texas Instruments. Al di fuori degli Usa, molto probabilmente i display a retroproiezione non raggiungeranno volumi significativi: altre tecnologie, come quelle Lcd e al plasma, sono più efficienti e compatte.
Un'altra tendenza importante è verso schermi di grandi dimensioni, superiori a 45 - 52 pollici, per applicazioni cosiddette di digital signage o e-signage, ossia di grandi display informativi e pubblicitari presenti in luoghi pubblici come negli aeroporti, nelle stazioni metro e ferroviarie. Il mercato globale relativo alle applicazioni di e-signage crescerà del 300% entro il 2011 raggiungendo i 15 milioni di unità (secondo una previsione di iSuppli) per un valore di in dollari, pari a 14 miliardi di dollari entro il 2009, di cui circa 4 miliardi di dollari nella sola regione Emea. Le tecnologie Lcd e al plasma rivestiranno un ruolo molto importante in questo mercato.

Le tecnologie di retroilluminazione

Fra le tendenze emergenti dal punto di vista tecnologico, in particolare per quanto riguarda la tecnologia Lcd, si assisterà, nel medio-lungo termine, all'affermazione della tecnologia di retroilluminazione a Led, in grado di assicurare una qualità dell'immagine, una luminosità e una compattezza nettamente superiori rispetto ai sistemi tradizionali di tipo Ccfl (Cold Cathod Fluorescent Lamp), a fronte di costi e consumi inferiori e di un impatto minore sull'ambiente (le lampade Ccfl infatti, a differenza dei Led, contengono mercurio). Si diffonderanno anche tecnologie Lcd innovative, ad esempio di tipo transriflessivo, a riflessione ultra bassa, che consentono di avere schermi ad alta luminosità e leggibilità anche in presenza di luce solare diretta. Questa proprietà è particolarmente utile nelle applicazioni automotive. Un'altra tecnologia molto interessante è quella dual-view, sviluppata da Sharp, la quale consente di usare un singolo display Lcd per visualizzare due immagini diverse sullo stesso schermo. Tale tecnologia può trovare applicazione a bordo dell'auto, per visualizzare informazioni e contenuti diversi per il conducente e per i passeggeri, oppure negli aeroporti, per dare informazioni sullo stesso schermo per chi è in arrivo e per chi è in partenza.

Nuove tecnologie in fermento

In passato occorrevano almeno 20 anni per portare una nuova tecnologia di display sul mercato. Ora i tempi di sviluppo sono più ristretti e bastano anche solo 4 o 5 anni. Tuttavia, per avere successo nel mercato dei display, una nuova tecnologia deve offrire vantaggi nettamente superiori rispetto alle già affermate soluzioni Lcd e al plasma.
Alcune società hanno sviluppato delle tecnologie affini a quella Lcd, che possono quindi essere realizzate sfruttando gli impianti di fabbricazione già esistenti, ma che promettono di semplificare la realizzazione dei display, eliminando la necessità di filtri Generalmente tali tecnologie fanno uso di un sistema di retroilluminazione a Led, di dispositivi Mems per la modulazione della luce, di polarizzatori, di cristalli liquidi, o persino della retroilluminazione a Ccfl.
Ad esempio, la società statunitense Pictronix ha sviluppato la tecnologia Digital Micro Shutter, che consiste nell'estrarre la luce dalla retroilluminazione aprendo un interruttore collocato in corrispondenza di ogni pixel. Si tratta di un approccio interamente digitale che usa la tecnica Pwm (Pulse Width Modulation) per controllare la scala di grigi di ciascun pixel.
La texana Unipixel ha messo a punto, in collaborazione con il Xerox Palo Alto Research Center, con Lockheed e con i laboratori Sandia, la soluzione Tmos (Time Multiplexed Optical Shutter), che sfrutta una matrice di membrane sovrapposte al sistema di retroilluminazione a Led e ad un array di pixel Tft. Quando queste sono attivate, la matrice cambia le caratteristiche ottiche della retroilluminazione per effetto elettrostatico, lasciando passare o meno la luce. I display Tmos possono essere realizzati in un processo roll-to-roll molto economico, e la loro fabbricazione richiede appena 6 strati di materiale, contro 15 strati per i display al plasma e 30 per gli Lcd. Richiede appena 12 passaggi per la fabbricazione, contro i 128 necessari per i display Lcd.
Queste idee sono molto interessanti, ma necessitano ancora di un intenso lavoro di sviluppo prima di diventare realmente competitive con la tecnologia Lcd.

I Mems entrano nel display

Texas Instruments è leader indiscusso nel mercato dei display basati su dispositivi Mems e Moems (Mems ottici), con la tecnologia Dlp, sviluppata negli anni 80. Essa si basa sulla manipolazione della luce in modo totalmente digitale, attraverso un chip Dmd (Digital Micromirror Device), e contiene un array di oltre un milione di microspecchi (di dimensioni su scala micrometrica) montati su cerniere. Se pilotati attraverso un segnale video o grafico digitale, una sorgente luminosa e delle lenti di proiezione, i microspecchi riflettono un'immagine interamente digitale su uno schermo o su altri supporti. Il sistema di proiezione è in grado di rendere miliardi di colori con una luminosità molto elevata. Il mercato è destinato ad espandersi rapidamente e a fare ingresso in nuove applicazioni nel corso del 2008. La società di analisi Insight Media stima che, entro il 2010, il mercato mondiale relativo ai Mems ottici varrà oltre 3 miliardi di dollari. I display e i proiettori rappresenteranno il 50% delle applicazioni dei Moems e rimarranno una larga fetta del mercato, dal momento che la tecnologia Dmd é ormai commercializzata in grossi volumi ed è caratterizzata da tassi di crescita molto promettenti, soprattutto per le Tv con schermi di grande formato (oltre i 40”), nei proiettori portatili per ufficio e negli home theatre. Entro il 2010, il mercato relativo ai televisori a retroproiezione ed a proiezione frontale, buona parte dei quali è basata sulla tecnologia Dlp, supererà gli 1,8 miliardi di dollari. Anche se Texas Instruments si aggiudicherà una fetta importante del mercato, i volumi di affari attireranno anche altre società.
Al di là dei televisori e dei proiettori, stanno emergendo altre applicazioni molto promettenti dei Mems nel campo della visualizzazione, ad esempio nei display di piccole dimensioni per i display portatili. Ne costituisce un esempio la tecnologia iMOD, sviluppata da Qualcomm Mems Technologies, società controllata dal colosso statunitense Qualcomm. La tecnologia sarà integrata in prodotti consumer e cellulari attesi per il 2008. Altre applicazioni, che si svilupperanno nel medio-lungo termine, includono i visori a testa alta (HUD, o Head-Up Display), che permettono la visualizzazione di informazioni senza dover costringere lo sguardo a soffermarsi sui vari strumenti. Questa tecnica è stata inizialmente introdotta per l'aviazione militare ma è stata in seguito adottata anche dall'aviazione civile, implementata su veicoli terrestri e marittimi e in campo automotive; gli Hmd (Head Mount Display), ossia i display frontali, montati di solito su un elmetto o su appositi occhiali. Sono in corso di sviluppo anche interfacce del tutto innovative basate sulla tecnologia display. Negli Stati Uniti, la National Science Foundation ha finanziato un progetto finalizzato alla realizzazione di un display aptico, in grado cioè di fornire sensazioni tattili in risposta all'utente. I display inviano segnali a un polimero elettroattivo, in risposta a movimento sulla loro superficie, i quali fanno muovere una membrana polimerica. Il principio di funzionamento è molto simile a quello di un microfono. Il display è costituito da tre strati: una membrana in grado di rispondere agli stimoli elettrici pixel per pixel, uno strato con immersi gli elettroni e uno strato touchscreen che consente agli utenti di premere pulsanti e selezionare icone direttamente sullo schermo, ricevendo anche un feedback acustico.

Verso il display ideale

Nel tentativo di riprodurre le caratteristiche del display ideale per eccellenza, cioè la carta, sono stati compiuti intensi sforzi per sviluppare la cosiddetta “carta elettronica” Le tecnologie sviluppate da E-Ink, spin-off del Mit, e dalla californiana SiPix, che sfruttano le proprietà di materiali bistabili o elettroforetici, stanno facendo ingresso sul mercato solo in tempi recenti.
Samsung ha da poco presentato un prototipo di un display da 40 pollici basato sulla tecnologia E-Ink, che consuma appena 300 mW a una velocità di risposta di una trama al secondo, 500 volte di meno rispetto ad un Lcd equivalente. Un simile display sarebbe ideale per le applicazioni di e-signage. La tecnologia è stata anche adottata nei display per l'aviazione commerciale e dal colosso della vendita di libri via Internet Amazon, per commercializzare e-book in grado di essere letti anche in condizioni si scarsa illuminazione. I prodotti sono caratterizzati da un angolo di visione di 180° e da consumi molto bassi, tali da poter essere letti per 30 ore consecutive con la carica di una comune batteria.

I display Oled, fra promesse e realtà

Secondo la società di analisi DisplaySearch, il mercato relativo ai display organici è cresciuto del 56% su base annua, ma ha subito una lieve flessione su base sequenziale. Le vendite, pari a 19,1 milioni di unità, sono aumentate del 71% su base annua, mentre i prezzi sono calati del 9%. I display Oled competono con la tecnologia Lcd nelle applicazioni che richiedono schermi di dimensioni medio-piccole, da 1 fino a 7 pollici, come i display e subdisplay dei cellulari, i display dei lettori MP3, e in campo automotive. Le prime due applicazioni rappresentano circa l'87% del mercato complessivo, con vendite pari a 12,6 milioni e a 4 milioni di unità rispettivamente. I principali produttori sono Pioneer, Samsung SDI, LG Electronics, RiT Display e TDK. Assieme queste aziende detengono l'85,4% dell'intero mercato, che continua a consolidarsi.
I primi prodotti basati sulla tecnologia Oled ad entrare sul mercato sono stati alcuni modelli di fotocamera digitali della Kodak, di lettori MP3 di Sony e di Samsung, di cellulari Siemens; alcune autoradio Pioneer, i cruscotti delle Aston Martin. Almeno fino al 2010 é prevista la diffusione dei display di dimensioni medio-piccole, mentre successivamente ci saranno opportunità anche per i display di grandi dimensioni come quelli per le Tv, per cui occorreranno grandi evaporatori o tecnologie a getto d'inchiostro ottimizzate. Ufficialmente dal primo dicembre 2007, Sony mette già in vendita in Giappone il proprio prodotto XEL-1, un display Oled a colori da 11”. Il prodotto sarà disponibile anche negli Stati Uniti entro il 2008. La società dichiara che i monitor Oled offrono vantaggi significativi rispetto alla tecnologia Lcd, come un contrasto di 1.000.000 a 1, una risoluzione di 940 × 540 e dei tempi di risposta che si misurano dell'ordine del microsecondo.
Entro il 2010 il mercato degli Oled riguarderà un giro d'affari di 4 miliardi di dollari. Gli Oled potranno anche essere usati per l'illuminazione, un mercato questo potenzialmente di grandi dimensioni, e per i display flessibili, per i quali la tecnologia Lcd presenta dei grossi limiti fisici. Secondo la società di analisi DisplayBank, il mercato dei display flessibili dovrebbe raggiungere i 5,9 miliardi di dollari nel 2010 e i 12 miliardi di dollari entro il 2015.
Le aspettative attorno alla tecnologia Oled erano, fino al 2000-2001, decisamente esagerate, e sono quindi state disattese in parte. Si pensava addirittura che gli Oled avrebbero sostituito completamente gli Lcd: in realtà nel frattempo la tecnologia Lcd ha continuato a migliorare, offrendo prestazioni più che sufficienti per gran parte delle applicazioni, oltre al vantaggio di essere una tecnologia matura, sviluppata da oltre 30 anni e con costi in rapida e progressiva diminuzione degli Lcd. Ciò nonostante, i display Oled si sono conquistati una nicchia significativa di mercato.
Data l'assenza di infrastrutture per la fabbricazione dei display e l'alto costo della manodopera in Europa e in altre regioni Occidentali, l'Asia Pacifico risulta essere la regione dominante per la produzione dei display, la quale é localizzata in Corea, Giappone, e in misura sempre più consistente in Cina. Tuttavia, le attività di ricerca e sviluppo in Europa hanno fatto sì che questa regione mantenesse un ruolo in questo mercato. Queste ultime sono attualmente limitate alla ricerca su nuovi materiali, allo sviluppo di applicazioni avanzate e alla ricerca su nuove tecniche produttive. In futuro, lo sviluppo di linee di produzione altamente automatizzate e le applicazioni di nicchia potranno determinare una crescita significativa del mercato europeo degli Oled.

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