[Tecnologia e Futuro] Il display, la porta ai nostri smartphone

display

La domenica è, da sempre, un giorno di calma apparente nel mondo dell'informazione. Con il meritato riposo settimanale, infatti, oltre alla maggior parte dei lavoratori si ferma anche una grossa fetta di quel frenetico flusso di notizie che è alla base di ogni articolo.

La passione che contraddistingue la redazione di GizChina.it, tuttavia, ci spinge ad essere attivi anche quando la materia prima proveniente dai paesi asiatici scarseggia ed il giorno di riposo per eccellenza, quindi, si trasforma in una preziosa occasione per approfondire la conoscenza con i terminali da recensire o per dedicare qualche riga ad argomenti più generali (ma non per questo meno interessanti).

Questa settimana segna l'esordio di “Tecnologia e Futuro“, una nuova rubrica dedicata ai temi tecnologici più vicini al mondo dei nostri amati smartphone che, nell'arco dei prossimi mesi, saranno mentalmente disassemblati e spiegati nei singoli componenti principali.

Parleremo dunque dei SoC che li animano, delle batterie che li alimentano, delle fotocamere e di tutte le altre voci che affollano il cartellino delle specifiche di ogni smartphone. Ogni argomento sarà trattato in due articoli nell'arco della stessa settimana, che riguarderanno, rispettivamente, le tecnologie attualmente più utilizzate (la domenica, con un occhio di riguardo per il consumatore interessato a comprendere il prodotto che possiede o vuole acquistare) e le possibili evoluzioni per il futuro (il giovedì).

Display OGS
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Come primo argomento ci è sembrato naturale parlare del display, il componente che è responsabile della maggior parte delle interazioni tra noi ed i nostri dispositivi e che, di conseguenza, è la principale “porta” alle funzioni del nostro device ed ha una parte fondamentale nel garantire un'esperienza d'uso soddisfacente.

OGS e In Cell: gli strati dei nostri display

Quando parliamo di display non ci riferiamo, come potrebbe sembrare normale, al solo pannello che si occupa di riprodurre le immagini, ma includiamo nel termine anche lo strato touch ed il layer di vetro protettivo che assicura rigidità e durata nel tempo all'intero componente (quest'ultimo elemento sarà trattato in un prossimo articolo dedicato ai materiali e alle tecniche costruttive). Da quando la maggior parte degli schermi è prodotta con tecnologia OGS (One Glass Solution) o In Cell, infatti, non esiste più la classica distinzione tra questi componenti che, grazie all'uso di potenti colle e ad una crescente integrazione, sono stati fusi in display antigraffio di spessore ridotto con caratteristiche touch.

In Cell display
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OGS, in breve, si basa sull'idea di stampare uno degli elettrodi del sensore capacitivo
direttamente sul retro del vetro protettivo o sulla superficie dello strato LCD, permettendo di sostituire il vetro necessario ai primi digitizer con un più sottile strato di materiale isolante. L'uso della colla, inoltre, permette di aumentare la robustezza dell'intero pannello e ne diminuisce lo spessore grazie all'eliminazione dell'aria tra i vari strati. In Cell, poi, è l'evoluzione naturale di OGS e si basa sull'integrazione totale dello strato touch in quello TFT (thin film transistor, la base di controllo dei pannelli LCD), permettendo un'ulteriore riduzione dello spessore totale dei pannelli.

Le tecnologie touch

Dato che a questo punto sarete probabilmente confusi dal moltiplicarsi di layer, ora separeremo idealmente le diverse funzioni per analizzarne meglio i principi tecnologici.

Iniziamo dunque dal digitizer, l'elemento sensibile al tocco che permette ai nostri smartphone di riconoscere la posizione delle nostre dita. La quasi totalità dei dispositivi attuali utilizza pannelli touch di tipo capacitivo, più sensibili e reattivi di quei display resistivi che hanno dominato le primissime generazioni di smartphone e che, a lungo, hanno mantenuto una certa quota di mercato tra i device più economici. Delle differenze tra tecnologia capacitiva e resistiva si è discusso a lungo negli anni passati, ma dato che il mercato ha deciso di fatto la morte commerciale delle soluzioni resistive nel settore mobile concentreremo la nostra attenzione sulla sola tecnologia superstite.

resistivo vs capacitivo
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I pannelli capacitivi basano il loro funzionamento sulla semplice constatazione che le dita umane, composte principalmente da acqua e sostanze organiche, hanno caratteristiche elettriche assai diverse da quelle dell'aria. Noi, in particolare, siamo conduttori decisamente migliori dell'aria, il che ci consente di essere sempre allo stesso potenziale del terreno. Questa nostra caratteristica ci permette di entrare a far parte di sistemi elettrici e di diventare, ad esempio, uno dei piatti di un condensatore.

touch capacitivo
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Questo è effettivamente quello che succede quando usiamo uno schermo capacitivo, con il nostro dito che interagisce con le linee di campo generate da un conduttore carico aumentandone la capacità elettrica. All'atto pratico questo vuol dire che, stampando due pattern di Ossido di Indio-Stagno (utilizzato per la sua trasparenza) separati da un sottile foglio di dielettrico, attraverso semplici misure di tensione e corrente un controller può capire se è avvenuto il contatto tra lo schermo ed un conduttore.

LCD e Amoled, la lotta infinita?

Se la tecnologia capacitiva sembra non avere alcun serio rivale (il touch sensibile alla pressione, che sarà discusso nell'articolo di giovedì, non punta a sostituirla, quanto ad affiancarla) la situazione è ben diversa nel campo dei pannelli, dove le tradizionali famiglie LCD sono da tempo in lotta con gli Amoled.

Entrambe le tecnologie si basano sull'idea che, per riprodurre un pixel di un qualsiasi colore, sia sufficiente accendere in modo opportuno dei subpixels rossi, verdi e blu. Un occhio umano normale, infatti, non riuscirà a distinguere i singoli subpixel ed il cervello, di conseguenza, sommerà i tre colori affiancati “vedendo” una tonalità che, in effetti, non è mai stata emessa dal pannello. Cambiando opportunamente la luminosità dei subpixels si possono ottenere tutti i colori, con il bianco che corrisponde a tre subpixels completamente accesi ed il nero che corrisponde al caso opposto (tutti spenti).

Subpixels
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Se l'idea di base è la stessa, tuttavia, esistono un numero elevato di modi per implementarla. Tralasciando le tecnologie più esotiche (che, anche in questo caso, saranno discusse giovedì) la grande disputa tra LCD e Amoled si riduce concettualmente alla scelta della fonte luminosa: i primi utilizzando una fonte esterna (di solito led bianchi ad alta potenza), i secondi lasciano che siano i subpixel stessi ad emettere la luce.

Gli LCD, dunque, si comportano come una matrice di filtri colorati che lasciano passare più o meno luce a seconda della differenza di potenziale applicata ai loro capi. Il modo in cui sono costruiti questi filtri varia a seconda della famiglia di LCD, ma tutte le tecnologie si basano sull'utilizzo di due fogli polarizzatori (che lasciano passare solo la radiazione luminosa che ha il campo elettrico lungo una determinata direzione) e di uno strato di cristalli liquidi capaci di cambiare la polarizzazione della luce. Per ottenere un risultato uniforme, inoltre, è necessaria anche la presenza di uno strato plastico alla base della pila che si occupi di distribuire uniformemente la luce emessa dai LED.

LCD subpixel
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La differenza di potenziale, che nei pannelli ad alta risoluzione è controllata attraverso una matrice di transistor (TFT), in questo caso serve a cambiare l'orientazione dei cristalli liquidi e determina, di conseguenza, la quantità di luce che riesce a sopravvivere ai due polarizzatori. Nei pannelli IPS (In-plane switching), oggi più diffusi, gli elettrodi sono posti su uno stesso piano mentre i pannelli TN (Twisted Nematic) hanno un elettrodo posto sotto ai cristalli ed uno posto sopra. Quest'ultima configurazione, più semplice ed economica da produrre, è ottima per i tempi di risposta veloci, ma non consente, a causa della presenza dell'elettrodo superiore, di ottenere ampi angoli di visione. Dato che gli smartphone devono essere utilizzati in mobilità ed hanno uno schermo particolarmente piccolo, il mercato oggi tende a preferire la tecnologia IPS che garantisce una riproduzione appagante in tutte le situazioni.

TN IPS
https://pctechguide.com/images/43inplaneswitching-ips.png

Gli Amoled sono attualmente la sola vera alternativa al mondo degli LCD e, come anticipato, basano tutta la loro forza sul fatto che non hanno bisogno di una fonte luminosa esterna ai pixel. La matrice in questo caso è composta da piccoli LED organici, cioè da dei composti che, se attraversati da corrente, emettono luce. I vantaggi teorici sui pannelli LCD sono innegabili, a partire dal fatto che quasi la totalità della luce emessa riesce ad uscire dal pannello (a differenza degli LCD in cui più della metà della radiazione luminosa viene sprecata), dalla possibilità di spegnere del tutto i pixel neri azzerandone il consumo e dalla semplicità concettuale. Questi pannelli, infatti, sono composti fondamentalmente solo dallo strato TFT di controllo, dalla pellicola organica e dal catodo superiore.

Amoled
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I limiti principali di questa tecnologia sono legati alla durata nel tempo (i composti organici non sono affidabili da questo punto di vista) e dall'elevato consumo ad alte luminosità. Nonostante gran parte della luce prodotta non vada sprecata, infatti, i subpixel hanno una efficienza luminosa più bassa dei LED ad alta potenza utilizzati sugli LCD il che può portare, con immagini particolarmente chiare, a consumi leggermente superiori. Con un uso normale, in ogni caso, la possibilità di ridurre quasi a zero il consumo delle aree scure dello schermo consente a questa tecnologia di competere ad armi pari, sul fronte energetico, con i migliori LCD.

A questo punto potremmo analizzare i numerosissimi termini di marketing che, con cadenza annuale, affollano le schede tecniche pubblicizzando i marginali miglioramenti ottenuti su queste tecnologie, ma preferiamo risparmiare le energie per il prossimo articolo di giovedì in cui parleremo della corsa alla risoluzione, dei pannelli più esotici (Quantum Dot, FED, SED), degli schermi 3D, dei sensori di pressione, dei picoproiettori e di molto altro!

Cosa ne pensate di questa nuova rubrica? Fatecele sapere utilizzando il box commenti in basso!